Drehteilefertigung aus Aluminium: Beherrschung der Werkstoffsorten und Präzision der Teile
Das Wichtigste in Kürze:
- Aluminium verträgt 3- bis 5-mal höhere Schnittgeschwindigkeiten als Stahl: ein entscheidender Vorteil für die Produktivität in der Großserie.
- Die Wahl der Werkstoffsorte ist entscheidend: 2024 und 7075 für hohe Festigkeit (Luftfahrt, Verteidigung); 6061 und 6082 als vielseitiger Kompromiss; 5052 für korrosive Umgebungen.
- Die Sorten 2xxx (2024) und 7xxx (7075) lassen sich schlecht eloxieren und sind nicht schweißbar : Sie bleiben mechanischen Montagen mit Oberflächenschutz vorbehalten.
- Die Lieferform (Rund, Sechskant, Vierkant, Rohling) bestimmt unmittelbar die Geometrie des Teils: Wer diese Wahl frühzeitig trifft, senkt die Bearbeitungskosten.
- Schmierung und Spänemanagement sind die beiden kritischen Parameter: Werden sie vernachlässigt, verschlechtert sich die Oberflächengüte und die Werkzeuge verschleißen vorzeitig.
————–
Aluminium zählt heute zu den am häufigsten bearbeiteten Werkstoffen in der industriellen Drehteilefertigung. Leicht, leitfähig, eloxierbar und in einer großen Bandbreite von Werkstoffsorten mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften erhältlich, erfüllt es die Anforderungen unterschiedlichster Branchen: Luftfahrt, Automobil, Medizintechnik, Elektronik und allgemeine Industrie.
Bei JACQUEMOUX DÉCOLLETAGE fertigen wir Aluminium-Drehteile (rund, sechskantig, vierkantig, komplex) sowohl in Groß- als auch in Kleinserie. Dieser Beitrag bietet Ihnen einen technischen Überblick über die wichtigsten Aluminiumsorten in der Drehteilefertigung – von ihren mechanischen Eigenschaften bis zu ihren Bearbeitungsanforderungen –, damit Sie die richtige Werkstoffwahl treffen.
Warum Aluminium in der Drehteilefertigung?
Aluminium vereint eine Reihe von Eigenschaften, die es zu einem bevorzugten Werkstoff für die Fertigung industrieller mechanischer Drehteile machen:
- Geringes Gewicht: Dichte von etwa 2,7 kg/dm³, also fast dreimal geringer als Stahl, bei einem hervorragenden Festigkeits-Gewichts-Verhältnis der hochfesten Sorten.
- Hohe Zerspanbarkeit: Die meisten Aluminiumlegierungen lassen sich leicht zerspanen und ermöglichen hohe Schnittgeschwindigkeiten sowie eine gute Oberflächengüte. In der Großserie ist dieser Gewinn an Taktrate erheblich.
- Korrosionsbeständigkeit: Die natürliche Oxidschicht schützt die Oberfläche. Je nach Werkstoffsorte lässt sich diese Eigenschaft durch Eloxieren noch verstärken.
- Vielfältige Lieferformen: Rund-, Sechskant- und Vierkantstangen, Flachprofile, Rohre – Aluminium ist in zahlreichen Profilen erhältlich, die sich für Standard-Rundteile ebenso eignen wie für Sechskant- oder komplexe Teile.
Die wichtigsten Aluminiumsorten in der Drehteilefertigung
Serie 2xxx: Aluminium-Kupfer-Legierungen für anspruchsvolle Bearbeitung
Die Legierungen der Serie 2xxx enthalten Kupfer als Hauptlegierungselement. Sie bieten eine hohe mechanische Festigkeit (bis zu 470 MPa Zugfestigkeit bei 2024 im Zustand T3), ihre Korrosionsbeständigkeit ist jedoch aufgrund des Kupferanteils geringer als die der Serien 5xxx oder 6xxx. Sie erfordern in der Regel eine Schutzbeschichtung oder ein Eloxieren.
Die in der Drehteilefertigung am häufigsten eingesetzten Aluminiumsorten sind:
- 2024: Referenzsorte in der Luftfahrt dank hoher Festigkeit und guter Dauerfestigkeit. Sie neigt aufgrund von Eigenspannungen zum Verzug bei der Bearbeitung. Eine sorgfältige Planung des Arbeitsplans ist unerlässlich.
- 2011 (Automatensorte): speziell für die schnelle Fertigung in Großserie entwickelt. Kurze, gleichmäßige Späne, hervorragende Produktivität. Sie hat aus Umweltgründen (Blei- und Bismutanteil) die Sorten 2030 und 2007 schrittweise abgelöst.
Gut zu wissen: Die Sorten 2xxx sind für das Schweißen nicht zu empfehlen (Gefahr der Heißrissbildung) und lassen sich aufgrund ihres Kupfergehalts schlecht eloxieren. Sie eignen sich für bearbeitete Teile mit mechanischer Montage.
Serie 5xxx: Aluminium-Magnesium-Legierungen, die Wahl gegen Korrosion
Die Serie 5xxx, deren gängigster Vertreter in der Drehteilefertigung 5052 ist, zeichnet sich durch hervorragende Korrosionsbeständigkeit und sehr gute Schweißbarkeit aus. Ihre Zerspanbarkeit ist hingegen ungünstiger als die der Serien 2xxx oder 6xxx: 5052 weist eine höhere Elastizität auf und bildet größere Späne, was bei hoher Taktrate zu stärkerem Werkzeugverschleiß und geringerer Präzision führen kann.
5052 ist für Teile in feuchten oder korrosiven Umgebungen sowie für zu verschweißende Baugruppen zu bevorzugen. Für die Großserie mit engen Toleranzen sind die Serien 6xxx oder 2xxx in der Regel besser geeignet.
Serie 6xxx: Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierungen, die universelle Wahl
Die Legierungen der Serie 6xxx sind die vielseitigsten. 6061 und 6082 lassen sich gut zerspanen, ordentlich schweißen, hervorragend eloxieren und sind korrosionsbeständig. Sie sind die wirtschaftliche und zuverlässige Wahl für die meisten mechanischen Teile in der Luft- und Raumfahrt sowie der Automobilindustrie.
- 6061: ausgezeichneter Kompromiss aus Zerspanbarkeit, Schweißbarkeit und Festigkeit. Sie ermöglicht Hochgeschwindigkeitsbearbeitung, enge Toleranzen und hochwertige Oberflächen. Zugfestigkeit von etwa 310 MPa im Zustand T6. Sehr verbreitet in Automobilbau, Luftfahrt und allgemeinem Maschinenbau.
- 6082: festeste Sorte der Serie 6xxx mit einer Zugfestigkeit von bis zu 340 MPa im Zustand T6. In Europa weit verbreitet, hat sie 6061 in vielen strukturellen Anwendungen schrittweise abgelöst. Gute Zerspanbarkeit in den Zuständen T5 und T6; der Einsatz von Spanbrechern wird empfohlen, um die Spanbildung zu verbessern.
Gut zu wissen: Die Legierung 6061 ist ein guter Kompromiss aus Bearbeitung, Schweißbarkeit und Festigkeit; steht jedoch die strukturelle Festigkeit im Vordergrund, ist die Legierung 6082 vorzuziehen.
Serie 7xxx: Aluminium-Zink-Legierungen, maximale Festigkeit
Die Serie 7xxx, insbesondere 7075, ist das hochfeste Aluminium schlechthin. Mit einer Zugfestigkeit von bis zu 572 MPa im Zustand T6 ist sie mit manchen Baustählen vergleichbar. Sie ist die festeste gängige Aluminiumlegierung auf dem Markt.
Ihr Zerspanbarkeitsindex liegt bei etwa 70 % im Vergleich zu Automatenmessing. Empfohlen wird eine Hochgeschwindigkeitsbearbeitung mit reichlicher Kühlschmierung, um Kaltverfestigung zu vermeiden. 7075 weist jedoch erhebliche Einschränkungen auf: sehr geringe Schweißbarkeit (Rissgefahr), verminderte Korrosionsbeständigkeit unter Spannung und nahezu immer erforderliche Oberflächenbehandlung (Eloxieren, Beschichtung).
Eingesetzt wird sie vor allem in Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, Motorsport und Hochleistungs-Sportausrüstung – überall dort, wo die mechanische Festigkeit Vorrang vor Schweißbarkeit oder chemischer Beständigkeit hat.
Lieferformen und Teilegeometrien
Ein Vorteil der Aluminium-Drehteilefertigung ist die Vielfalt der verfügbaren Stangenformen, die ein sehr breites Spektrum an Fertigteilgeometrien eröffnet:
- Rundstangen: die gängigste Form, geeignet für alle Werkstoffsorten und die meisten Drehteile (Achsen, Buchsen, Schrauben, Anschlussstücke …).
- Sechskantstangen: ermöglichen Sechskantköpfe, Verbindungselemente und Einlegeteile ohne zusätzliches Fräsen und verkürzen so die Taktzeit.
- Vierkantstangen und Flachprofile: geeignet für rechteckige Geometrien oder vierkantige Aluminiumteile, die auf CNC-Drehmaschinen mit Nachbearbeitung gefertigt werden.
- Rohlinge (große Querschnitte): für komplexe Aluminiumteile mit großem Querschnitt, Prototypen und mittlere Serien mit mehreren Arbeitsgängen.
Diese Vielfalt an Ausgangsformen ermöglicht JACQUEMOUX DÉCOLLETAGE in Verbindung mit einem vielseitigen Maschinenpark die problemlose Fertigung komplexer Aluminiumteile.
Die wichtigsten Parameter der Aluminiumbearbeitung in der Drehteilefertigung
Aluminium ist insgesamt leichter zu bearbeiten, bringt aber eigene technische Anforderungen mit sich, die es zu beherrschen gilt:
- Hohe Schnittgeschwindigkeit: Aluminium verträgt sehr hohe Schnittgeschwindigkeiten (oft 3- bis 5-mal höher als bei Stahl). In der Großserie bedeutet das kurze Taktzeiten und wettbewerbsfähige Stückkosten.
- Spänemanagement: Manche Sorten (6082, 5052) neigen zur Bildung von Langspänen, die sich um das Werkzeug wickeln können. Geeignete Spanbrecher und eine passende Werkzeuggeometrie sind unerlässlich.
- Unverzichtbare Schmierung: um das Anhaften von Aluminium an den Schneidkanten (Aufbauschneidenbildung) zu vermeiden. Reichliche Kühlschmierung verbessert die Oberflächengüte und verlängert die Werkzeugstandzeit.
- Eigenspannungen (Sorten 2xxx und 7xxx): 2024 und 7075 können sich nach der Bearbeitung verziehen, wenn die inneren Spannungen nicht berücksichtigt werden. Die Festlegung des Arbeitsplans und der Reihenfolge der Arbeitsgänge ist entscheidend für die Maßhaltigkeit.
- Oberflächenbehandlungen nach der Bearbeitung: Eloxieren, Strahlen, Lackieren … Manche Sorten lassen sich besser eloxieren als andere. So lassen sich 6061 und 7075 gut eloxieren, während 2024 aufgrund seines Kupfergehalts schlecht eloxierbar ist und eine geeignete Schutzbeschichtung benötigt. Dies ist bereits bei der Wahl der Werkstoffsorte zu berücksichtigen.
Die Aluminium-Kompetenz von JACQUEMOUX DÉCOLLETAGE
Die hochpräzise Aluminium-Drehteilefertigung erfordert die gleichzeitige Beherrschung der Werkstoffsorten, der Bearbeitungsparameter sowie der Anforderungen an Oberflächenbehandlungen und Endtoleranzen. Bei JACQUEMOUX DÉCOLLETAGE begleiten wir unsere Kunden in jeder Phase:
- Vorab-Beratung zur Werkstoffsorte: Wir empfehlen Ihnen die für Ihren Einsatz am besten geeignete Sorte – mechanische Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Eloxierbarkeit, Schweißanforderungen –, um sowohl die Leistung des Teils als auch die Produktivität der Fertigung zu optimieren.
- Vielfältige Geometrien: Rund-, Sechskant-, Vierkant- und komplexe mehrachsige Teile – unser Maschinenpark verarbeitet alle am Markt verfügbaren Aluminium-Lieferformen.
- Fertigung in Klein- und Großserie: vom Prototyp bis zur Industrieserie, mit derselben Sorgfalt bei Maßprüfung und Rückverfolgbarkeit des Werkstoffs.
Die Aluminium-Drehteilefertigung umfasst ein sehr breites Spektrum an Werkstoffsorten, Geometrien und industriellen Anwendungen. Vom Luftfahrtwerkstoff 2024 über das hochfeste 7075 bis zum strukturellen 6082 hat jede Legierung ihre eigenen Regeln und ihr eigenes Potenzial. Diese Werkstoffe zu beherrschen heißt auch, Bearbeitungsanforderungen, Restverformungen und Anforderungen an die Oberflächenbehandlung vorausschauend zu berücksichtigen.
Sie planen ein Projekt mit Aluminium-Drehteilen?
Von der Wahl der Werkstoffsorte bis zur Lieferung Ihrer Fertigteile prüft das technische Team von JACQUEMOUX DÉCOLLETAGE Ihr Lastenheft und schlägt Ihnen eine Lösung vor, die auf Ihre Maßanforderungen, Stückzahlen und Terminvorgaben abgestimmt ist.
