Vorteile und mögliche Alternativen zur CNC-Bearbeitung von Aluminium

Jack Lüge Experte für CNC-Bearbeitung

Spezialisiert auf CNC-Fräsen, CNC-Drehen, 3D-Druck, Urethanguss, Rapid Tooling, Spritzguss, Metallguss,


CNC-Bearbeitung von Aluminium
CNC-Bearbeitung von Aluminium

Aluminium ist eines der beliebtesten Materialien für verschiedene Materialien CNC-Aluminiumbearbeitung Projekte. Das liegt vor allem an den physikalischen Eigenschaften, die es besitzt. Grundsätzlich ist Aluminium ein starkes Material, das sich perfekt für die Herstellung langlebiger mechanischer Teile eignet. Darüber hinaus enthält das Material eine oxidierte Außenschicht, die es widerstandsfähig gegen Korrosion durch Elemente macht. Diese beiden Eigenschaften haben zu einer weit verbreiteten Verwendung von Teilen aus Aluminium geführt. Insbesondere die Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Gesundheits- und Elektronikindustrie für allgemeine Verbraucher scheinen Aluminium als bevorzugtes Material zu bevorzugen.
Neben seinen Eigenschaften bietet Aluminium auch mehrere Vorteile für die CNC-Bearbeitung, indem es den Prozess vereinfacht und verbessert. Aluminium bietet eine hervorragende Bearbeitbarkeit, ein Faktor, der bei anderen Metallen mit ähnlichen Eigenschaften oft nicht beobachtet wird. Außerdem ist Aluminium relativ weich und effektiv leicht zu schneiden, abzusplittern, zu formen und mit Werkzeugen zu durchdringen. Im Gegensatz zu anderen üblicherweise verwendeten Metallen wie Eisen und Stahl ist die Bearbeitung von Aluminium dreimal schneller.
Heute werden in diesem Artikel die Hauptvorteile von Aluminium erörtert CNC-Bearbeitung, einschließlich dessen, warum es für Prototyping- und Produktionsprozesse berühmt ist. Wir werden auch mehrere Alternativen zu Aluminium und Materialien untersuchen, wie z. B. technische Thermoplaste und Metalle, die eine Reihe zusätzlicher Vorteile und Eigenschaften ähnlich wie Aluminium bieten können.

CNC-Bearbeitung von Aluminium: Vorteile

  • Bearbeitbarkeit
  • Korrosionsbeständigkeit
  • Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht
  • Elektrische Leitfähigkeit
  • Eloxalpotential
  • Recyclingfähigkeit

Bearbeitbarkeit

Da es für die Bearbeitung besser zugänglich ist, ist Aluminium die erste Wahl für Ingenieure für ihre bearbeiteten Teile. In jedem Fall gilt es hier zu bedenken, dass nicht nur der Maschinist davon profitiert. Sowohl die Unternehmen, die diese Teile liefern, als auch die Endverbraucher, die sie verwenden, ziehen erhebliche Vorteile einfach aus der Bearbeitung von Teilen aus Aluminium.
Aluminium ist leicht zu zerspanen und zu formen und bringt Geschwindigkeit und Genauigkeit beim Schneiden mit CNC-Bearbeitungswerkzeugen. Ein kürzerer Zeitrahmen des Bearbeitungsauftrags führt auch dazu, dass der Gesamtprozess aufgrund geringerer Anforderungen an Arbeit (vom Maschinisten) und Betriebszeit (von der Maschine) viel kostengünstiger ist. Ein weiterer Vorteil ist die geringfügige Verformung, wenn das Schneidwerkzeug seinen Weg durch das Metallstück findet. Dank einer engeren Toleranz im Material (ca. ±0,025 mm) ermöglicht es eine höhere Genauigkeit und Konsistenz des Prozesses.

Korrosionsbeständigkeit

Aluminium ist in verschiedenen Qualitäten erhältlich, die sich in der Korrosionsbeständigkeit unterscheiden, was sich auf die Fähigkeit bezieht, Oxidation und chemischen Schäden zu widerstehen. Die am häufigsten verwendeten Sorten für die CNC-Bearbeitung von Aluminium sind korrosionsbeständig. 6061 ist beispielsweise eine solche Sorte, die eine unglaubliche Korrosionsbeständigkeit bietet. Andere Legierungen am unteren Ende des Festigkeitsspektrums tun dies. Im Gegensatz dazu sind starke Aluminiumlegierungen aufgrund des Vorhandenseins von legiertem Kupfer weniger korrosionsbeständig.

Stärke-zu-Gewicht-Verhältnis

Aluminium ist aufgrund seiner vielen physikalischen Eigenschaften wie hohe Festigkeit und geringes Gewicht ideal für kritische mechanische und optische Teile. Insbesondere diese beiden machen es zu einem guten Material für die Herstellung kritischer Teile in der Luft- und Raumfahrt- und Automobilindustrie. Zwei Beispiele aus diesen Branchen, die Aluminium für die Bearbeitung verwenden, sind Flugzeugbeschläge und Automobilwellen.
Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass nicht jede Aluminiumsorte für die gleichen Zwecke verwendet werden kann. Das liegt daran, dass jede Sorte ihr eigenes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis trägt, was einen Unterschied in den Anwendungen schafft. Zu den Sorten für den allgemeinen Gebrauch gehört 6061, während 7075 zu den Sorten mit höherer Festigkeit gehört und für druckbasierte Anwendungen wie Teile in der Luft- und Raumfahrt geeignet ist.

MaterialStärke (RM/MPa)
AL6061-T6290
AL7075524
AL2024-T351470



Elektrische Leitfähigkeit

Aluminium ist ein guter elektrischer Leiter mit etwa 37,7 Millionen Siemens pro Meter bei Raumtemperatur für reines Aluminium (nicht allzu weit hinter Kupfer). Es stellt CNC-bearbeitete Teile aus Aluminium her, die für elektrische Komponenten und dergleichen nützlich sind. Darüber hinaus können Legierungen eine etwas geringere Leitfähigkeit aufweisen. Dennoch sind Aluminiumwerkstoffe wesentlich leitfähiger als herkömmlich verwendete Werkstoffe wie Edelstahl.

Anodisierungspotential

Anodisierung ist der Prozess der Verwendung eines Oberflächenveredelungsverfahrens, um die schützende, oxidierte Außenschicht eines Metallteils zu verdicken. Es bezieht sich auf etwas, das mit bestimmten Metallen wie Aluminium gemacht werden kann. Dieses Merkmal trägt aufgrund seines höheren Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses und ästhetischer Überlegungen zur Popularität von Aluminiummetall in der gesamten heutigen Unterhaltungselektronikindustrie bei. Dementsprechend ist Aluminium aufnahmefähig für Farben und Tönungen und kann eloxiert werden.
Der Anodisierungsprozess findet statt, nachdem die Aluminium-CNC-Bearbeitung durchgeführt wurde. Es beinhaltet den allgemeinen elektrolytischen Prozess. Unter Einwirkung eines elektrolytischen Säurebades wird elektrischer Strom durch das bearbeitete Teil geleitet. Folglich ergibt sich ein Stück Aluminium, das widerstandsfähiger gegen Korrosion und physikalische Einwirkungselemente ist.
Zurück zur Anpassbarkeit: Eloxieren macht die Außenschicht hochporös, was das Hinzufügen von Farbe zum bearbeiteten Aluminiumteil erleichtert. Farbstoffe werden in die zähe Außenschicht des Aluminiumteils eingebettet, indem sie in die porösen Bereiche der Außenschicht eindringen. Schließlich ist es auch sehr unwahrscheinlich, dass sie abplatzen oder abplatzen.

Recyclingfähigkeit

Die CNC-Bearbeitung erzeugt viel Abfall an Teilen, die als Späne oder ausgeschnittene Extrabits verloren gehen. Daher ist es vorteilhaft, recycelbare Materialien wie Aluminium zu verwenden. Aluminium hat zweifellos eine hohe Recyclingfähigkeit, was es ideal für Unternehmen macht, die die Verschwendung von Materialressourcen reduzieren und ihre Ausgaben und Umweltauswirkungen minimieren möchten.

CNC-Bearbeitung von Aluminium: Alternativen

Während Aluminium als CNC-Bearbeitungsmaterial seine Kernvorteile und Vorteile hat, ist es sicherlich nicht für jedes Unternehmen optimal. Wie jedes andere Material hat auch Aluminium seine Grenzen und Nachteile. Beispielsweise können Unternehmen nach anderen Optionen suchen, um Werkzeugschäden aufgrund von Oxidbeschichtungen zu vermeiden. Abgesehen davon möchten sie möglicherweise auch eine kostengünstigere Alternative wie Stahl oder eine mit geringeren Energiekosten für die Produktion als Aluminium finden.
Einige Alternativen zu Aluminium, die für die Bearbeitung verwendet werden können, werden unten diskutiert, zusammen mit den signifikanten Unterschieden und Ähnlichkeiten, die sie im Vergleich zum Aluminium selbst aufweisen.

Metalle

Stahl & Edelstahl

Stahl und Edelstahl sind aus zwei wichtigen Gründen besser als Aluminium: Stärke und wie viel Temperatur sie widerstehen können. Bei beiden Eigenschaften hinkt Aluminium hinterher. Allerdings ist Stahl deutlich schwerer als das Leichtmetall Aluminium und auch vergleichsweise schlechter zerspanbar. Inzwischen haben Stähle auch eine höhere Härte als Aluminium.
Unabhängig davon werden für festigkeitsbasierte Anwendungen wie solche mit hochbeanspruchten und starken Schweißnähten Stahl und Edelstahl in großem Umfang für die CNC-Bearbeitung verwendet. Stahl ist auch gegen sehr hohe Temperaturen beständig, und Edelstahl kann durch Wärmebehandlung korrosionsbeständig werden. Wenn also die Temperatur ein entscheidender Faktor ist, stiehlt Stahl Aluminium den Sieg bei der Zerspanbarkeit.

Titan

Titan ist besser als Aluminium, wenn es um ein außergewöhnliches Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht geht, aber im Vergleich zu Aluminium ist es viel teurer zu verarbeiten. Obwohl Aluminium ebenfalls ein anständiges Festigkeits-Gewichts-Verhältnis aufweist, trägt Titan bei einem ähnlichen Gewicht die doppelte Festigkeit. Darüber hinaus sind beide Materialien in Bezug auf Korrosionsbeständigkeit hochwirksam.
Unter Berücksichtigung all dieser Faktoren ist Titan ein optimaler Ersatz, wenn es auf geringes Gewicht ankommt. Gleichzeitig soll ein flexibles Fertigungsbudget bestehen bleiben. Die Luft- und Raumfahrt- und die Gesundheitsindustrie nutzen es für Flugzeugkomponenten bzw. medizinische Geräte.

Magnesium

Magnesium ist aufgrund seiner besseren Bearbeitbarkeit und seines deutlich geringeren Gewichts als Aluminium die bessere Option für die Bearbeitung. Obwohl Magnesium nicht als übliches Bearbeitungsmaterial angesehen wird, ist es eines der am besten bearbeitbaren Materialien. Durch die Verwendung von Magnesium in der Bearbeitung werden Prozesse vergleichsweise schneller und effizienter.
Dennoch hat Magnesium seine Schattenseiten hinsichtlich Bearbeitungssicherheit und unzureichender Korrosionsbeständigkeit. Außerdem ist es ein leicht entzündliches und flüchtiges Alkalimetall. Daher können bei der Bearbeitung entstehende Späne eine Brandgefahr darstellen, die durch das Wasser nicht beseitigt, sondern eher verstärkt werden kann. Daher ist beim Reinigen von Schmutz Vorsicht geboten.

Messing

Obwohl es relativ teuer ist als Aluminium, ist Messing aufgrund seines goldenen Aussehens und seiner guten Bearbeitbarkeit eine bessere Wahl für bestimmte ästhetische Anwendungen. Von Messing profitieren anwendungstechnisch Ventile, Düsen, Bauteile und Großserien.

Kupfer

Da es mit der höchsten elektrischen Leitfähigkeit aufwartet, übertrifft Kupfer in dieser Hinsicht alle anderen Metalle. Es teilt auch andere Eigenschaften mit Aluminium. Mit seiner Leitfähigkeit ist es günstig für den Einsatz in elektrischen Anwendungen. Denken Sie daran, dass reines Kupfer schwer zu bearbeiten ist. Kupferlegierungen können jedoch eine relativ ähnliche Bearbeitbarkeit wie gängige Aluminiumsorten bieten.

Technische Thermoplaste

Auch andere Materialien als Metall nehmen teil CNC-Bearbeitungsprojekte. Es kann mehrere technische Thermoplaste umfassen, die je nach Anwendung oft mit Aluminium vergleichbar, wenn nicht sogar besser sind. Schauen wir uns also einige alternative technische Thermoplaste zu Aluminium an.

POM (Delrin)

Hinsichtlich der Bearbeitbarkeit konkurriert POM (Delrin) mit Aluminium und Metallen mit ähnlichen Eigenschaften. Außerdem hat POM im Vergleich zu anderen Kunststoffen eine sehr hohe Festigkeit, obwohl es einen niedrigen Schmelzpunkt hat. Das Material wirkt auch als elektrischer Isolator, ist für elektrische Gehäuseteile geeignet und hat eine geringe Reibung. Im Vergleich zu Aluminium mangelt es ihm jedoch an Hitzebeständigkeit und Festigkeit.

PTFE (Teflon)

PTFE (Teflon) ist ein weiterer gut bearbeitbarer Thermoplast, der als ausgezeichneter elektrischer Isolator mit sehr geringer Reibung fungiert. Aber PTFE behält die Oberhand, da es hochtemperaturbeständig ist (bis zu 260 °C), was es zu einem guten Kandidaten für Hochtemperaturanwendungen macht. PTFE ist außerdem chemisch sehr beständig und eignet sich daher ideal für Teile in der Lebensmittelindustrie. Bei Betrachtung der Kehrseite des Bildes fehlt es PTFE im Vergleich zu Aluminium an Festigkeit.

SPÄHEN

Obwohl PEEK schwer zu bearbeiten ist, ist es ein Thermoplast mit hoher Festigkeit und thermischer Stabilität, der Temperaturen von bis zu 260 °C standhält. Es ist berühmt für die Bearbeitung von Teilen wie Ventilen, Lagern, Pumpen, Düsen oder bestimmten Teilen in der Medizin.
Beachten Sie jedoch, dass PEEK weitaus teurer ist als die meisten Materialien auf dieser Liste. Daher wird es nur für anwendungsspezifische Zwecke bearbeitet, wo Aluminium oder andere Alternativen unbrauchbar sind.

Mehr

Andere bearbeitbare Kunststoffe, die sich typischerweise von Aluminium unterscheiden, umfassen ABS, PC, ABS+PC, PS, PP, PMMA (Acryl), PCGF30, PAGF30, HDPE, DHPE und PPS.

Kombinieren der Aluminium-CNC-Bearbeitung mit anderen Prozessen

Angenommen, ein Hersteller möchte Aluminium unabhängig von Anwendungen verwenden, die ihn von einem Nachteil abhalten. In diesem Fall besteht eine Lösung des Problems darin, neben der CNC-Fertigung eine Kombination von Fertigungsverfahren einzusetzen. Letztendlich wird es dazu beitragen, komplexere und leistungsstärkere Teile aus Aluminium herzustellen. Abgesehen davon maximiert es die Aluminiumfunktionalität und fügt die Vorteile verschiedener beteiligter Prozesse hinzu.
CNC-Bearbeitung bezieht sich auf einen All-in-One-Fertigungsprozess. Es kann Teile modifizieren, verfeinern oder bearbeiten, die mit anderen Methoden wie Extrusions-, Gieß- und Schmiedeprozessen hergestellt wurden. Die Produkte von jedem von diesen können mit einem Bearbeitungsprozess ergänzt werden, um Aluminiumteile zu veredeln.

Aluminium-Extrusion plus Aluminium-CNC-Bearbeitung

Die Extrusion erzeugt eine längliche Komponente mit einem kontinuierlichen Profil durch den Durchgang von geschmolzenem Metall durch eine Öffnung in einer Form. Das Aluminium Extrusionsverfahren bewährt sich bei komplexen Querschnitten und Funktionsteilen mit hoher Oberflächengüte. Dennoch hat es einen begrenzten Anwendungsbereich, da diese Querschnitte über das Stück hinweg konsistent sein müssen.
Eine Möglichkeit, dieses Problem zu umgehen, besteht jedoch darin, das Teil nach der Extrusion und Nachbearbeitung in einem Aluminium-CNC-Bearbeitungszentrum zu modifizieren. Es eignet sich für Aluminiumsorten wie 6061 und 6063 aufgrund ihrer schmiedbaren, maschinell bearbeitbaren und duktilen Eigenschaften. Daher ist die Kombination beider Methoden eine großartige Möglichkeit, belastbare Komponenten mit komplexen und unregelmäßigen Geometrien herzustellen.

Druckguss plus CNC-Bearbeitung von Aluminium

Ein weiteres Verfahren ist das Druckgießen. Bei diesem Verfahren wird geschmolzenes Metall mit hohem Druck in einen Formhohlraum gepresst. Die Werkzeuge aus Werkzeugstahl sind teuer in der Herstellung, weshalb das Verfahren hauptsächlich für die Massenfertigung eingesetzt wird. Inzwischen weisen Aluminium-Druckgussteile eine hervorragende Oberflächengüte und Maßhaltigkeit auf.
Durch die Kombination von Druckguss mit Aluminium-CNC-Bearbeitung oder das Hinzufügen zusätzlicher Schnitte mit einem Bearbeitungszentrum entstehen Teile mit einem außergewöhnlichen Finish. Es kann komplexere Geometrien erzeugen, die keiner der Prozesse alleine erreichen könnte. Schwerkraft-Kokillenguss wird gegenüber Druckguss bevorzugt, wenn Kostenreduzierung Vorrang vor hoher Präzision oder dünnen Wandstärken hat.

Schmieden plus CNC-Bearbeitung von Aluminium

Schmieden ist immer noch ein beliebter Prozess mit vielen zerspanbaren Aluminiumlegierungen. Es handelt sich um die herkömmliche Methode, Metall mit Druckkraft zu formen, die oft durch Schlagen mit einem Hammer erreicht wird. Beispielsweise ist Aluminium 6061 eine Standardlegierung, die sich dieses Verfahrens zunutze macht.
Nach dem Schmieden können die Teile mit einem CNC-Bearbeitungszentrum nachbearbeitet werden. Schmiedeteile sind robuster als fertig bearbeitete oder vollständig gegossene Teile. Durch die nachträgliche Nachbearbeitung können wir komplexe Geometrien erstellen. Es beeinträchtigt jedoch nicht vollständig die Integrität des Teils.

Letzte Worte

Wir hoffen, dass diese Lektüre als vollwertiger Leitfaden dient. Es beantwortet alle Ihre Fragen zur Aluminium-CNC-Bearbeitung, dem Verfahren selbst, seinen Vorteilen und den Alternativen, wie anderen Metallen und Thermoplasten, die auf dem heutigen Markt verfügbar sind. Nachdem Sie diesen Artikel gelesen haben, sind wir sicher, dass Sie das Produkt und die Methode auswählen können, die Ihren Herstellungsanforderungen entsprechen.