Aluminiumbearbeitungsprozesse erklärt: CNC-Fräsen, Drehen und Strangpressen

Die Geometrie von Rohlingen täuscht. Sie spannen einen 6061-T6 -Stab ein, in der Annahme, er sei gemäß AMS-QQ-A-250/11 spannungsarmgeglüht, fixieren den Hydraulikschraubstock auf 25 bar, bearbeiten ihn mit einem dreischneidigen, unbeschichteten Hartmetall-Schaftfräser bei 12.000 U/min und beobachten, wie sich das Werkstück um 0,35 mm verbiegt, sobald die Backen sich lösen. Willkommen in der Realität der Werkstatt.

Die Bearbeitung von Aluminium beschränkt sich nicht allein auf die Umwandlung von CAD-Daten in G-Code; sie erfordert ein intensives Zusammenspiel von Eigenspannungen, Wärmeausdehnungskoeffizienten ( α = 23 × 10⁻⁶ /K), Werkstückelastizität und Aufbauschneidenbildung. Im Folgenden beschreiben wir, wie wir in unserer Fertigung mehrachsige CNC- Fräsbearbeitung , Präzisionsdrehen und die Nachbearbeitung von Extrusionsteilen optimieren ^, ohne dabei die Produktion von 40.000 US-Dollar teuren Rohlingen aus Flugzeugqualität zu beeinträchtigen.

Empirische Regel Nr. 104 für die Werkstatt:

Vertrauen Sie niemals direkt vom LKW kommendem Rohmaterial. Wenn Ihre Wandstärke unter 1,8 mm fällt, dehnen Sie das Rohmaterial vor (T651-Anlassbehandlung) oder führen Sie einen Schrupp-Wärmebehandlungszyklus bei 175 °C für 3 Stunden mit anschließender Luftkühlung durch. Andernfalls führt die Rückfederung jedes Mal zu einer Überschreitung Ihrer Toleranzen gemäß ISO 2768-mH.

1. 3- und 5-Achs-CNC -Fräsen: Vorschübe, Drehzahlen und Werkzeugeingriffsrealitäten

Die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung (HSM) von Aluminium erfordert eine präzise Spanführung. Optimieren Sie Ihre Trochoidalbahnen. Vermeiden Sie beim Fräsen von 7075-T651-Profilen ein senkrechtes Eintauchen in die Z-Achse – dies führt zu Spanbildung und Werkzeugbruch. Verwenden Sie stattdessen eine spiralförmige Interpolationsbahn mit einem Anfahrwinkel von maximal 2,5° bis 4°.

Verwenden Sie einen 12-mm-3-schneidigen Vollhartmetall-Schaftfräser mit ZrN-Beschichtung (35° Spiralwinkel). Die Drehzahl beträgt 14.500 U/min ( V _c ≈ 546 m/min ), der Vorschub pro Zahn f _z = 0,08 mm/Zahn , was einen Tischvorschub V _f = 3.480 mm/min ergibt. Die radiale Schnitttiefe ( a _e ) sollte 25 % des Fräserdurchmessers ( 3,0 mm ) nicht überschreiten, während die axiale Schnitttiefe ( a _p ) bis auf 1,5 × D ( 18 mm ) reduziert werden sollte.

Warum ZrN statt TiAlN? Ganz einfach: TiAlN enthält Aluminium. Bei Trocken- oder Nebelschneidreibung führt die chemische Affinität zu Mikroverschweißungen zwischen Werkzeugsubstrat und Spänen, wodurch sich in weniger als 45 Sekunden kontinuierlicher Schnittzeit Aufbauschneiden bilden. ZrN- oder DLC-Beschichtungen (diamantähnlicher Kohlenstoff) verhindern den Materialreibungstransfer vollständig.

G00 X 0 Y 0 Z 50.0 M03 S 14500
G01 Z 2.0 F 1200 M08 (Thru-spindle coolant engaged @ 70 bar, 8% emulsion concentration)
G02 X 15.0 Y 0.0 Z -3.0 I 7.5 J 0.0 F 800 (Helical entry, 3.5 deg ramp angle)
G01 X 100.0 F 3480 (Linear adaptive trochoidal roughing pass)

Achten Sie auf die Kühlmittelkonzentration. Ein Ölemulsionsanteil unter 6 % führt direkt zu Fressspuren in tiefen Vertiefungen ( >3D ). Halten Sie die Refraktometerwerte mit einem halbsynthetischen, wasserlöslichen Kühlmittel konstant zwischen 8 % und 10 %. Halten Sie den Kühlmitteldruck durch die Spindel bei mindestens 30 bar – idealerweise 70 bar –, um die Späne aus den Vertiefungen zu entfernen. Das erneute Schneiden eines Aluminiumspans reduziert die Oberflächenrauheit sofort von Ra 0,8 µm auf Ra 3,2 µm und erhöht die Spindelbelastung um 18 %.

2. Präzisions-CNC-Drehen & Dreh-Fräs-Synergie

Das Drehen von 2024-T3- oder 6082-T6-Rohren erfordert eine konsequente Spanbrechung. Kontinuierlich entstehende, faserige Späne, die sich um den Drehturm wickeln, beschädigen den Drehdurchmesser und lösen Notstopps aus. Verwenden Sie polierte VCGT 160404-AK-Wendeschneidplatten mit einer steilen 22°-Schrägfläche und einem Nasenradius von 0,4 mm.

Beim Drehen dünnwandiger Rohrbauteile (z. B. Wandstärke < 1,2 mm bei Antriebswellen) verformt der Standard-3-Backen-Spanndruck den Zylinder zu einer dreilappigen Form. Nach dem Entspannen reduziert sich die Rundheitstoleranz von 0,010 mm auf 0,065 mm Gesamtmesswert (TIR).

Abhilfe: Umstellung auf maßgefertigte Spannzangenhülsen, Reduzierung des hydraulischen Spanndrucks auf 8–12 bar und Durchführung eines zweistufigen Schlichtschnitts. Schruppen mit V _c = 400 m/min , Lösen der Spannbacke zum Abbau elastischer Spannungen, erneutes Spannen mit 5 bar und Durchführung eines leichten Schlichtgangs ( a _p = 0,12 mm, f = 0,08 mm/U ).

3. Nachbearbeitung nach dem Extrusionsprozess: Umgang mit Verzug und Ausrichtung der Bezugsebene

Die Bearbeitung von extrudierten 6063-T6- oder 6005A-Profilen stellt besondere Herausforderungen dar. Architektonische und strukturelle Profile unterliegen strengen Toleranzen hinsichtlich Längsverdrehung und -biegung gemäß EN 755-9 / ASTM B221. Werden die Bohrungen mithilfe starrer Stifte auf einer unbearbeiteten Oberfläche des extrudierten Materials positioniert, verschiebt sich das bearbeitete Lochmuster auf einer Spannweite von 1500 mm um mehr als 1,2 mm.

• Strategie für schwebende Messtaster: Verlassen Sie sich niemals auf die Rohdaten extrudierter Profile. Verwenden Sie einen Messtaster (z. B. Renishaw OMP60), um 5 Punkte entlang der Profillänge zu erfassen. Berechnen Sie vor dem Spindelstart eine dynamische Drehung des Werkstückkoordinatensystems (WKS) im Makrovariablenraum.

• Spannungsisolierung durch Einspannen: Strangpressprofile enthalten durch die Abschreckbäder eingefrorene thermische Spannungen. Das Fräsen tiefer Nuten ( >50 % des Querschnitts) führt zu einem Ein- oder Ausklappmechanismus des Profils. Um eine gleichmäßige Spannungsentlastung zu erzielen, sollten die Nuten symmetrisch von gegenüberliegenden Seiten gefräst oder die Fräsungen abwechselnd an Ober- und Unterseite durchgeführt werden.

• Auswahl des Schneidöls: Das Gewindeschneiden von 6063-T6 mit Formgewindebohrern (Rollgewindebohrern) ergibt sauberere Gewinde (Klasse 6H) als mit Schneidgewindebohrern, erfordert jedoch eine präzise Bohrungsgröße. Für M6x1-Gewinde bohren Sie auf einen Durchmesser von 5,55 mm ± 0,02 mm . Verwenden Sie ausschließlich unverdünntes, dickflüssiges Esteröl – Emulsionen mit Wasseranteil führen zu Gewindefressern und zum Festfressen des Gewindebohrers.

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Häufig gestellte Fragen

Frage 1: Warum verziehen sich unsere dünnwandigen Aluminiumteile ( <1,5 mm ) selbst bei Verwendung von spannungsarm geglühtem T651-Material?

A: Die T651-Härtung reduziert Spannungen aus dem Walzprozess, jedoch führt die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung selbst zu sekundären mechanischen und thermischen Spannungen. Bei Verwendung aggressiver Werkzeugwege mit übermäßigem Eingriff auf einer Seite verursacht lokale Reibungswärme ( ≥ 160 °C ) mikrostrukturelle Verformungen.

Lösung für die Werkstatt: Symmetrische Materialabtragung anwenden – beide Seiten gleichmäßig vorschruppen und 0,3 mm Schlichtmaterial belassen, entspannen, um Spannungen abzubauen, und mit trochoidalen Bahnen bei hoher Geschwindigkeit und geringem Eingriff schlichten. Den Kühlmittelstrom stets auf ≥ 8 % Emulsion halten, um die Temperatur unter 60 °C zu halten.

Frage 2: Wie lässt sich die Bildung von Aufbauschneiden (BUE) beim Hochgeschwindigkeitsfräsen von 6061-T6 im Trockenverfahren oder mit minimaler Schmierung (MQL) verhindern?

A: Aluminium besitzt eine hohe chemische Affinität zu Eisen und Kobalt in Hartmetallwerkzeugen. Trockenreibung führt zu starker Mikroverschweißung in der Schnittzone.

Lösung für die Werkstatt: Verwenden Sie niemals Werkzeuge mit TiAlN- oder TiN-Beschichtung (da der Aluminiumgehalt in TiAlN das Anhaften von Spänen beschleunigt). Verwenden Sie ausschließlich unbeschichtete, polierte Hartmetall-, ZrN- (Zirkonnitrid) oder DLC-Beschichtungen (diamantähnlicher Kohlenstoff) mit spiegelpolierten Schneiden ( Ra < 0,1 µm ). Ergänzen Sie dies mit einem MQL-Sprühnebel auf Alkohol- oder Esterölbasis, der gezielt auf die Werkzeug-Span-Kontaktfläche gerichtet wird.

Frage 3: Was verursacht starkes Gewindefressen beim Formschneiden von M4-M8-Löchern in 6063-T6-Aluminiumprofilen?

A: Beim Formgewindeschneiden wird plastische Verformung anstelle von Schneiden genutzt. 6063-T6 weist eine hohe Duktilität auf, jedoch führt eine falsche Lochgröße zu übermäßigem Drehmoment, Werkzeugreibung und Materialausrissen.

Lösung für die Werkstatt: Halten Sie die Toleranz für das Vorbohrloch innerhalb von ±0,015 mm ein (z. B. Ø 5,55 mm für M6x1). Verzichten Sie beim Gewindeschneiden auf wasserlösliche Kühlmittel – verwenden Sie stattdessen reines, hochviskoses synthetisches Ester-Gewindeschneidöl. Stellen Sie sicher, dass der Gewindebohrer in einem starren, synchronisierten Zyklus läuft, um eine Überlastung durch axiale Kräfte zu vermeiden.

Frage 4: Wie können wir eine Lochpositionstoleranz von 0,010 mm über ein 2000 mm langes stranggepresstes Aluminiumprofil ohne Stapelfehler durch mehrere Vorrichtungen gewährleisten?

A: Strangpressprofile weisen konstruktionsbedingt Längsverdrehungen und -verbiegungen auf (gemäß EN 755-9/ASTM B221). Die mechanische Stiftpositionierung an den rohen Strangpressoberflächen führt zu einer kumulativen Toleranzabweichung.

Lösung für die Fertigung: Nutzen Sie dynamische Messtaster (z. B. Renishaw OMP60). Messen Sie vor der Bearbeitung fünf Schlüsselpunkte am Profil, berechnen Sie die 3D-Winkelrotation und die räumliche Translation in der CNC-Steuerung und wenden Sie eine dynamische Drehung des Werkstückkoordinatensystems (WKS) in Makrovariablen an. Verwenden Sie für lange Profilbezugspunkte niemals starre Anschlagstifte.

Frage 5: Sollten wir für Strukturbauteile, die eine Hartanodisierung nach Typ III erfordern, 6061-T6 oder 7075-T651 wählen?

A: Beide Legierungen eignen sich für die Hartanodisierung nach Typ III, jedoch enthält 7075-T651 5,1%–6,1% Zink und einen höheren Kupfergehalt, was den Badwiderstand erhöht, eine höhere Spannung erfordert und zu einem etwas dunkleren/graueren Oxidfilm mit geringfügig niedrigerer Korrosionsbeständigkeit als bei 6061-T6 führt.

Lösung für den Betrieb: Wenn die mechanische Festigkeit (Zugfestigkeit ≥ 570 MPa ) Priorität hat, wählen Sie 7075-T651 mit einer versiegelten Harteloxierung (Schichtdicke 35–50 µm ). Sind Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit und Wirtschaftlichkeit wichtiger, verwenden Sie 6061-T6 (Zugfestigkeit ≥ 310 MPa ).

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Zusammenfassung

Die Präzisionsbearbeitung von Aluminium erfordert ein optimales Zusammenspiel von Werkzeugthermodynamik, Spankinematik und Spannungsarmglühen, um konstant Oberflächenrauheiten (Ra < 0,4 µm) und Toleranzen nach ISO 2768-mH zu erreichen. Von der Vermeidung von Rückfederung bei 6061/7075 durch zweistufiges Spannen und thermische Spannungsarmglühen bis hin zur Verhinderung von Aufbauschneidenbildung durch ZrN-beschichtete Werkzeuge mit 70-bar-Kühlmittelstrahlen – jedes Mikrometer zählt. Durch den Ersatz starrer mechanischer Bezugspunkte an Strangpressprofilen durch dynamisches Antasten und die strikte Einhaltung der Spanlastvorgaben können Ingenieure thermische Drift eliminieren und risikoreiche Rohlingsfertigungen in wiederholgenaue Produktion in Luft- und Raumfahrtqualität überführen.

Ausgestattet mit über 100 hochmodernen 5-Achs-Bearbeitungszentren und strengen Qualitätskontrollen gemäß ISO 9001:2015 verfügt Ningbo Liqin Industrial & Trading Co., Ltd. über das technische Know-how, um selbst komplexeste Bearbeitungsherausforderungen zu meistern und Ihre anspruchsvollsten Aluminiumteile innerhalb von nur 24 Stunden zu liefern. Lassen Sie sich nicht durch Eigenspannungen oder enge Toleranzen in Ihrer Produktion behindern – laden Sie noch heute Ihre CAD-Dateien hoch und erhalten Sie eine kostenlose DFM-Analyse sowie ein sofortiges Angebot von unserem erfahrenen Ingenieurteam!

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Haftungsausschluss

Die in diesem Artikel angegebenen technischen Parameter, Toleranzen und Bearbeitungsdaten dienen ausschließlich Informations- und Schulungszwecken. Die Fertigungsergebnisse können je nach Maschinensteifigkeit, Werkzeugverschleiß, Wärmebehandlung der Werkstücke und Umgebungsbedingungen in der Werkstatt variieren. Ningbo Liqin Industrial & Trading Co., Ltd. übernimmt keine ausdrückliche Gewährleistung für die Umsetzung durch Dritte. Käufer und Ingenieure sollten die Konstruktionsspezifikationen überprüfen und vor der Serienproduktion Probeschnitte durchführen.

Liqin Fertigungsteam

Wir sind Ningbo Liqin Industrial & Trading Co., Ltd. , ein professioneller Hersteller mit über 18 Jahren Erfahrung in der Fertigung hochpräziser, kundenspezifischer Metallteile. Wir sind spezialisiert auf CNC-Bearbeitung, Schmieden, Druckgießen und Kaltfließpressen und beliefern Branchen wie die Automobil-, Medizin-, Luft- und Raumfahrt- sowie die Elektronikindustrie. Unsere Fabrik erstreckt sich über eine Fläche von 6.500 Quadratmetern. und ist mit über 150 hochmodernen Maschinen ausgestattet, darunter:

• CNC-Bearbeitungszentren (4-Achsen, 5-Achsen)
• CNC-Drehmaschinen und Dreh-Fräs-Komplexe
• Kaltfließpressanlagen (250T–650T)
• Druckgussmaschinen

Wir erfüllen die Normen ISO 9001 , ISO 13485:2016 und IATF 16949:2016 und implementieren ein durchgängiges Qualitätsmanagement: Prozessbegleitende Qualitätskontrolle (IPQC), Endkontrolle (FQC) und Warenausgangskontrolle (OQC). Wir verfügen über Koordinatenmessgeräte (KMG), Projektoren, Härteprüfgeräte und Salzsprühnebelprüfgeräte. Unsere Produkte werden nach Nordamerika, Europa, Asien und Ozeanien exportiert. Wir bieten:

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