Aluminiumbearbeitung: Beherrschung der Nuancen und Präzision der Teile
Woran Sie sich erinnern müssen:
- Aluminium hält Schnittgeschwindigkeiten stand, die 3- bis 5-mal höher sind als die von Stahl. : ein entscheidender Faktor für die Produktivität in der Massenproduktion.
- Die Wahl des Farbtons ist entscheidend. : 2024 und 7075 für hohe Beständigkeit (Luftfahrt, Verteidigung); 6061 und 6082 für den vielseitigen Kompromiss; 5052 für korrosive Umgebungen.
- Die Sorten 2xxx (2024) und 7xxx (7075) lassen sich schlecht anodisieren und sind nicht schweißbar. Sie sind für mechanische Baugruppen mit Oberflächenschutz reserviert.
- Die Form des Ausgangsmaterials (rund, sechseckig, quadratisch, Block) bestimmt direkt die Geometrie des Werkstücks. Die Antizipation dieser Wahl reduziert die Bearbeitungskosten.
- Schmierung und Spänemanagement sind die beiden kritischen Parameter Werden sie vernachlässigt, verschlechtert sich der Zustand der Oberfläche und die Werkzeuge verschleißen vorzeitig.
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Aluminium zählt heute zu den am häufigsten bearbeiteten Werkstoffen in der industriellen Fertigung. Es ist leicht, leitfähig, anodisierbar und in einer breiten Palette von Qualitäten mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften erhältlich. Dadurch erfüllt es die Anforderungen unterschiedlichster Branchen: Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Medizintechnik, Elektronik und allgemeine Industrie.
Bei Jacquemoux Décolletage fertigen wir bearbeitete Aluminiumteile (rund, sechseckig, quadratisch und komplex geformt) in Klein- und Großserien. Dieser Artikel bietet einen technischen Überblick über die wichtigsten Aluminiumsorten für die Zerspanung – von ihren mechanischen Eigenschaften bis hin zu ihren Bearbeitungsbeschränkungen – um Ihnen die richtige Materialwahl zu erleichtern.
Warum sollte man Aluminium für die maschinelle Bearbeitung wählen?
Aluminium besitzt eine Reihe von Eigenschaften, die es zu einem bevorzugten Werkstoff für die Bearbeitung industrieller Maschinenteile machen:
- Leichtigkeit: Die Dichte beträgt etwa 2,7 kg/dm³, ist also fast dreimal geringer als die von Stahl, und das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht ist bei hochfesten Sorten hervorragend.
- Hohe Bearbeitbarkeit: Die meisten Aluminiumlegierungen lassen sich gut bearbeiten, was hohe Schnittgeschwindigkeiten und eine gute Oberflächengüte ermöglicht. In der Großserienfertigung ist diese Steigerung der Produktionsrate signifikant.
- Korrosionsbeständigkeit: Die natürliche Oxidschicht schützt die Oberfläche. Diese Eigenschaft kann je nach Farbton durch Anodisieren verstärkt werden.
- Vielseitigkeit der Versorgungsmethoden: Rundstangen, Sechskantstangen, Vierkantstangen, Flachstangen, Rohre – Aluminium gibt es in einer Vielzahl von Profilen, geeignet für Standard-Rundteile sowie für sechseckige oder komplexe Teile.
Die wichtigsten Aluminiumsorten, die in der Schraubenbearbeitung verwendet werden
Serie 2xxx: Aluminium-Kupfer-Legierungen für anspruchsvolle Bearbeitung
Die Legierungen der 2xxx-Serie enthalten Kupfer als Hauptlegierungselement. Sie bieten eine hohe mechanische Festigkeit (bis zu 470 MPa Zugfestigkeit für 2024 im Zustand T3), weisen jedoch aufgrund des Kupferanteils eine geringere Korrosionsbeständigkeit als die Legierungen der 5xxx- oder 6xxx-Serie auf. Daher ist in der Regel eine Schutzbeschichtung oder Anodisierung erforderlich.
Die am häufigsten in der maschinellen Bearbeitung verwendeten Aluminiumsorten sind:
- 2024: Aufgrund seiner hohen Festigkeit und guten Dauerfestigkeit gilt dieser Werkstoff in der Luftfahrt als Referenzmaterial. Bei der Bearbeitung neigt er aufgrund von Eigenspannungen zur Verformung. Eine sorgfältige Planung des Bearbeitungsprozesses ist daher unerlässlich.
- 2011 (Schattierung des Dekolletés): Speziell entwickelt für die schnelle Massenproduktion. Kurze, gleichmäßige Chips, hervorragende Produktivität. Aus Umweltgründen (Vorhandensein von Blei und Wismut) hat es die Modelle 2030 und 2007 schrittweise ersetzt.
Gut zu wissen: Stähle der Güteklasse 2xxx sind aufgrund ihres Kupfergehalts nicht zum Schweißen geeignet (Gefahr von Heißrissen) und lassen sich schlecht anodisieren. Sie eignen sich für bearbeitete Teile mit mechanischer Montage.
5xxx-Serie: Aluminium-Magnesium-Legierungen – die korrosionsbeständige Wahl
Die 5xxx-Serie, deren häufigster Vertreter beim Stangendrehen 5052 ist, zeichnet sich durch ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und sehr gute Schweißbarkeit aus. Ihre Zerspanbarkeit ist jedoch weniger günstig als die der 2xxx- oder 6xxx-Serie: 5052 weist eine höhere Elastizität auf und erzeugt größere Späne, was zu erhöhtem Werkzeugverschleiß und geringerer Genauigkeit beim Hochgeschwindigkeits-Stangendrehen führen kann.
Für Bauteile, die feuchten oder korrosiven Umgebungen ausgesetzt sind, sowie für Baugruppen, die geschweißt werden müssen, wird bevorzugt Edelstahl 5052 verwendet. Für die Serienfertigung mit engen Toleranzen eignen sich im Allgemeinen die Edelstahlsorten der Serien 6xxx oder 2xxx besser.
6xxx-Serie: Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierungen, die universelle Wahl
Die Legierungen der 6xxx-Serie sind besonders vielseitig. 6061 und 6082 lassen sich gut bearbeiten, schweißen, perfekt anodisieren und sind korrosionsbeständig. Sie sind die wirtschaftliche und zuverlässige Wahl für die meisten mechanischen Bauteile in der Luft- und Raumfahrt- sowie der Automobilindustrie.
- 6061: Ausgezeichneter Kompromiss zwischen Bearbeitbarkeit, Schweißbarkeit und Festigkeit. Ermöglicht Hochgeschwindigkeitsbearbeitung, enge Toleranzen und feine Oberflächen. Zugfestigkeit von ca. 310 MPa im Zustand T6. Weit verbreitet in der Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie sowie im allgemeinen Maschinenbau.
- 6082: Die stärkste Sorte der 6xxx-Serie mit einer Zugfestigkeit von bis zu 340 MPa im Zustand T6. Sie ist in Europa weit verbreitet und hat 6061 in vielen Strukturbauteilen schrittweise ersetzt. Sie bietet gute Zerspanbarkeit im Zustand T5 und T6; der Einsatz von Spanbrechern zur Verbesserung der Spanbildung wird empfohlen.
Gut zu wissen: Die Legierung 6061 ist ein guter Kompromiss hinsichtlich Bearbeitbarkeit, Schweißbarkeit und Festigkeit, die Legierung 6082 ist jedoch vorzuziehen, wenn die strukturelle Festigkeit Priorität hat.
7xxx-Serie: Aluminium-Zink-Legierungen, maximale Festigkeit
Die 7xxx-Serie, insbesondere 7075, stellt die Spitze der hochfesten Aluminiumlegierungen dar. Mit einer Zugfestigkeit von bis zu 572 MPa im T6-Zustand, vergleichbar mit einigen Baustählen, ist sie die derzeit stärkste verfügbare Aluminiumlegierung.
Seine Zerspanbarkeit beträgt etwa 70 % im Vergleich zu Automatenmessing. Um Kaltverfestigung zu vermeiden, wird eine Hochgeschwindigkeitsbearbeitung mit reichlich Kühlmittel empfohlen. Allerdings weist 7075 erhebliche Nachteile auf: sehr schlechte Schweißbarkeit (Rissgefahr), geringe Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion und die nahezu standardmäßige Notwendigkeit einer Oberflächenbehandlung (Anodisieren, Beschichten).
Seine Anwendungsgebiete sind hauptsächlich die Luft- und Raumfahrt, die Verteidigungsindustrie, der Motorsport und die Herstellung von Hochleistungssportgeräten, also überall dort, wo die mechanische Festigkeit Vorrang vor der Schweißbarkeit oder der chemischen Beständigkeit hat.
Liefermethoden und Teilegeometrien
Einer der Vorteile der Aluminiumbearbeitung ist die Vielfalt der verfügbaren Stangenformen, wodurch sich ein sehr breites Spektrum an Geometrien für die fertigen Bauteile ergibt:
- Rundstäbe: Die gebräuchlichste Form, geeignet für alle Farbtöne und die Mehrheit der Drehteile (Achsen, Ringe, Schrauben, Beschläge usw.).
- Sechseckige Stäbe: ermöglicht die Herstellung von Sechskantköpfen, Schrauben und Einsätzen ohne zusätzlichen Fräsvorgang und verkürzt so die Zykluszeit.
- Quadratische Stäbe und ebene Flächen: geeignet für rechteckige Geometrieteile oder quadratische Aluminiumteile, die auf CNC-Drehmaschinen bearbeitet werden und Nachbearbeitung erfordern.
- Diagramme (große Abschnitte): für komplexe Aluminiumbauteile mit großem Querschnitt, Prototypen und mittlere Serien, die mehrere Bearbeitungsschritte erfordern.
Diese Vielfalt an Eingangsformen, kombiniert mit einem abwechslungsreichen Maschinenpark, ermöglicht es Jacquemoux Décolletage, problemlos komplexe Aluminiumteile herzustellen.
Schlüsselparameter der Aluminiumbearbeitung beim Stangendrehen
Aluminium ist im Allgemeinen leichter zu bearbeiten, hat aber seine eigenen technischen Grenzen, die bewältigt werden müssen:
- Hohe Schnittgeschwindigkeit: Aluminium hält sehr hohen Schnittgeschwindigkeiten stand (oft 3- bis 5-mal höher als bei Stahl). In der Großserienfertigung führt dies zu kurzen Zykluszeiten und wettbewerbsfähigen Stückkosten.
- Chipmanagement: Bestimmte Werkstoffsorten (6082, 5052) neigen zur Bildung langer Späne, die sich um das Werkzeug wickeln können. Der Einsatz geeigneter Spanbrecher und einer passenden Werkzeuggeometrie ist daher unerlässlich.
- Essentielle Schmierung Um zu verhindern, dass Aluminium an den Schneidkanten haften bleibt (Adhäsionsphänomen), verbessert reichliches Bewässern die Oberflächengüte und verlängert die Werkzeugstandzeit.
- Eigenspannungen (Güten 2xxx und 7xxx): Die Stähle 2024 und 7075 können sich nach der Bearbeitung verformen, wenn keine inneren Spannungen berücksichtigt werden. Die Festlegung des Bearbeitungsbereichs und der Bearbeitungsreihenfolge ist entscheidend für die Gewährleistung der Maßstabilität.
- Oberflächenbehandlungen nach der Bearbeitung: Anodisieren, Kugelstrahlen, Lackieren… Manche Sorten lassen sich besser anodisieren als andere. Beispielsweise lassen sich 6061 und 7075 gut anodisieren, während 2024 aufgrund seines Kupfergehalts schlecht anodisiert werden kann und eine geeignete Schutzbeschichtung benötigt. Dies sollte bei der Wahl der Sorte berücksichtigt werden.
Jacquemoux' Expertise in der Aluminiumbearbeitung
Die hochpräzise Bearbeitung von Aluminium erfordert die gleichzeitige Beherrschung der Legierungen, der Bearbeitungsparameter sowie der Einschränkungen im Zusammenhang mit Oberflächenbehandlungen und Endtoleranzen. Bei Jacquemoux Décolletage unterstützen wir unsere Kunden in jeder Phase:
- Ein Wort der Warnung vorab: Wir beraten Sie hinsichtlich der Güteklasse, die für Ihren Anwendungszweck am besten geeignet ist: mechanische Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Eignung zum Anodisieren, Schweißbeschränkungen, um sowohl die Leistung des Bauteils als auch die Produktivität der Fertigung zu optimieren.
- Vielfalt der Geometrien: Runde, sechseckige, quadratische, komplexe mehrachsige Teile – unser Maschinenpark verarbeitet alle auf dem Markt erhältlichen Aluminiumrohlinge.
- Produktion von Klein- und Großserien: Vom Prototyp bis zur industriellen Serienfertigung, mit der gleichen Strenge bei der Maßkontrolle und Materialrückverfolgbarkeit.
Die Bearbeitung von Aluminium umfasst ein breites Spektrum an Werkstoffgüten, Geometrien und industriellen Anwendungen. Von der Luft- und Raumfahrtqualität 2024 bis hin zum Strukturbauteil 6082, einschließlich des hochfesten 7075, hat jede Legierung ihre eigenen Regeln und ihr eigenes Potenzial. Die Beherrschung dieser Werkstoffe erfordert auch die Berücksichtigung von Bearbeitungsbeschränkungen, Restverformungen und Anforderungen an die Oberflächenbehandlung.
Haben Sie ein Projekt, bei dem bearbeitete Aluminiumteile zum Einsatz kommen?
Von der Festlegung der Güteklasse bis zur Lieferung Ihrer fertigen Teile analysiert das technische Team von Jacquemoux Décolletage Ihre Spezifikationen und bietet Ihnen eine Lösung, die auf Ihre Anforderungen an Abmessungen, Volumen und Zeitvorgaben zugeschnitten ist.
