In der Metallverarbeitungsindustrie wird Aluminium aufgrund seiner Leichtigkeit und einfachen Bearbeitungseigenschaften in großem Umfang in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilherstellung, der Elektronik und anderen Sektoren eingesetzt. Die "einfache Bearbeitbarkeit" von Aluminium stellt Ingenieure und Bediener jedoch oft vor Rätsel: Wie können sie bei unzähligen auf dem Markt erhältlichen Fräswerkzeugen das richtige auswählen, um die Bearbeitungsqualität sicherzustellen, die Effizienz zu verbessern und unnötigen Werkzeugverschleiß und Materialverschwendung zu vermeiden?

SPEED TIGER hat einen detaillierten Leitfaden zur Auswahl von Fräswerkzeugen für die Aluminiumbearbeitung herausgebracht, um Herstellern und Ingenieuren zu helfen, die Eigenschaften von Aluminium besser zu verstehen und die am besten geeigneten Werkzeuge für unterschiedliche Bearbeitungsanforderungen auszuwählen, wodurch Prozesse optimiert und Produktionskosten gesenkt werden.

Aluminium ist eines der am häufigsten vorkommenden Metalle auf der Erde, und seine Leichtigkeit und Verformbarkeit machen es ideal für zahlreiche industrielle Anwendungen. Aluminium lässt sich leicht fräsen, was es bei Herstellern sehr beliebt macht. Industrielles Aluminium wird hauptsächlich in Gussaluminium und Knetaluminium unterteilt. Gussaluminium hat eine höhere Flexibilität und geringere Zugfestigkeit, mit geringeren Produktionskosten und einem höheren Gehalt an anderen Elementen wie Magnesium und Silizium. Knetaluminium hingegen ist ein reineres Metall mit geringerer Verschleißfestigkeit, hoher Hitzebeständigkeit und überlegener Zerspanungsleistung im Vergleich zu Gussaluminium.

Die größte Herausforderung bei der Bearbeitung von Aluminium liegt in der Wärmeableitung. Aluminium hat einen viel niedrigeren Schmelzpunkt als Stahl, was zu einer reibungsinduzierten Verschmelzung zwischen Werkzeug und Material führen kann und sowohl das Werkstück als auch die Ausrüstung beschädigt. Daher ist die Auswahl von Fräswerkzeugen mit der richtigen Geometrie, Beschichtung, Nuten und Winkeln entscheidend.

Ein Fräswerkzeug besteht typischerweise aus einem Schaft, einem Hals, Nuten und Schneidkanten. Die Nuten sind der Teil, der die Schneidkanten enthält und sich von der Spitze des Werkzeugs bis zum Schaft erstreckt. Der Schaft ist der nicht schneidende zylindrische Metallabschnitt, aus dem die Nuten gefräst werden.

Die Geometrie eines Fräswerkzeugs bezieht sich in der Regel auf seine Grundform und sein Design. Die Wahl der Form hängt mehr von der Bearbeitung ab als vom Material selbst. Zum Beispiel:

• Schaftfräser (Quadratfräser): Geeignet für das Eintauchfräsen, Konturfräsen, Nutenfräsen und Seitenfräsen.
• Langhalsfräser: Reduzieren die Störung zwischen Werkstück und Werkzeug, werden oft für die Bearbeitung von Hohlräumen verwendet.
• Kugelfräser: Ideal für die Erstellung von abgerundeten Konturen und flachbodigen Hohlräumen.
• Eckradiusfräser: Werden häufig für das Formen von Formen verwendet, da sie die Notwendigkeit häufiger Werkzeugwechsel beim Bearbeiten von flachbodigen Taschen und abgerundeten Profilen minimieren.
• Konusfräser: Werden zum Erstellen von Nuten, Löchern und abgewinkelten Seitenfräsungen verwendet.

Neben den Grundformen gibt es verschiedene Werkzeugoptionen für das Fräsen. Zum Beispiel verbessern Spanbrecherwerkzeuge die Spanabfuhr. Standard-Zweischneider- und Dreischneiderfräser haben gezahnte Kanten, die Späne von der Schneidoberfläche abschaben sollen, wodurch höhere Geschwindigkeiten für eine bessere Vorschubleistung ermöglicht werden. Die Geometrie des versetzten Spanbrechers reduziert die Spanngröße und verbessert so die Spanabfuhr, während gleichzeitig eine halbfertige Oberfläche erhalten bleibt.

Darüber hinaus sind hochbalancierte Fräser so konstruiert, dass sie höhere Vorschubraten und Drehzahlen erreichen. Diese Werkzeuge verfügen über radikal veränderte Kopfformen, die Schnittgeschwindigkeiten von bis zu 33.000 U/min ermöglichen. Um die Wärme zu bewältigen, integrieren viele hochbalancierte Fräser Kühlsysteme, um die Klingentemperaturen zu senken. Einige sind auch mit Spanbrechern für hocheffiziente Fräsanwendungen ausgestattet.

Beschichtungen sind Oberflächenbehandlungen, die auf Fräswerkzeugköpfe aufgetragen werden, um die Härte zu erhöhen, den Verschleiß zu verringern, die Werkzeuglebensdauer zu verlängern und eine thermische Barriere zwischen Werkzeug und Werkstück zu schaffen. Einige Beschichtungen verbessern auch die Spanabfuhr und minimieren so weitere Reibungsschäden. Allerdings sind nur wenige Beschichtungsmaterialien für Aluminium geeignet.

Da Aluminium ein weiches Metall ist, müssen Werkzeugbeschichtungen keine signifikante zusätzliche Härte bieten. Unbeschichtete Werkzeuge können Aluminium effektiv bohren. Aufgrund des niedrigen Schmelzpunkts von Aluminium können Beschichtungen jedoch manchmal erforderlich sein, um übermäßige Hitze zu reduzieren.

• Tetraedrische amorphe Kohlenstoffbeschichtung (TB): Verfügt über einen hohen Schmierkoeffizienten, wodurch sich Späne vom Material wegbewegen und der Bedarf an Kühlmittel reduziert wird. Seine diamantähnliche Härte verlängert auch die Werkzeuglebensdauer.
• Aluminiumchromnitrid + Siliziumnitrid (nACRo): Geeignet für Hochtemperaturanwendungen. nACRo schützt den Werkzeugkopf vor Verschleiß und hält Temperaturen bis zu 1100 °C stand, bevor es abgebaut wird.

Im Allgemeinen wird Zirkonnitrid (ZrN) für abrasive Aluminiumlegierungen verwendet. Amorphe Diamantbeschichtungen verbessern die Schmierung und Verschleißfestigkeit, verhindern das Abrunden der Kanten und liefern eine überlegene Leistung in Nichteisenanwendungen.

Bei der Auswahl eines Fräswerkzeugs für Aluminium ist die Nutenzahl möglicherweise die wichtigste Überlegung. Nuten entfernen Aluminiumspäne vom Werkstück und verhindern ein Verstopfen.

Nuten beziehen sich auf die Anzahl der Schneidkanten, die sich von der Spitze des Werkzeugs abwärts über den Werkzeugkörper spiralförmig erstrecken. Zum Beispiel hat ein Einschneiderfräser eine Schneidkante, während ein Zweischneiderfräser zwei hat usw.

Die Anzahl der Nuten bestimmt die Steifigkeit, die Spanabfuhrfähigkeit, die Verschleißzeit, die vertikale Genauigkeit und die Leistung eines Werkzeugs bei weichen und harten Materialien. Im Allgemeinen erhöhen mehr Nuten die Steifigkeit, reduzieren aber die Spanabfuhr. Im Vergleich zu einem Sechs-Nuten-Fräser hat ein Einschneiderwerkzeug eine schlechtere Verschleißzeit, vertikale Genauigkeit und Oberflächenrauheit. Sie funktionieren jedoch oft besser bei weicheren Materialien wie Aluminium.

Fräser für Aluminium haben typischerweise zwei oder drei Nuten. Weniger Nuten führen zu übermäßigem Verschleiß, während mehr Nuten die Spanabfuhr beim Hochgeschwindigkeitsbohren behindern. Wie unten erörtert, gibt es jedoch Ausnahmen.

Die Wahl zwischen Zwei- und Dreischneiderfräsern hängt von der Aufgabe ab. Zweischneiderfräser sind seit langem der Standard für das Aluminiumfräsen, während Dreischneiderwerkzeuge besser für die Endbearbeitung geeignet sind. Letztendlich ist die Entscheidung eine Frage der Präferenz und Erfahrung. Eine höhere Steifigkeit verbessert die Verschleißfestigkeit, während weniger Nuten die Spanabfuhrraten erhöhen.

Der Drallwinkel ist der Winkel zwischen der Mittellinie des Werkzeugs und der Tangente seiner Schneidkante. Werkzeuge mit kleineren Drallwinkeln haben langsamer wickelnde Schneidkanten als solche mit größeren Winkeln.

Der Drallwinkel ist für die Aluminiumbearbeitung entscheidend. Für das Aluminiumschneiden verwenden Maschinenbauer typischerweise 45°, 50° und 55° Drallwinkel. Diese Winkel minimieren das Rattern und erzielen das beste Gleichgewicht zwischen Steifigkeit und Spanabfuhr. Einige Fachleute entscheiden sich für Werkzeuge mit variablem Drallwinkel für zuverlässigeres Tieflochbohren.

Ein flacher Drallwinkel von 15° bietet eine hervorragende Spanabfuhr und ein hervorragendes Schneiddrehmoment, aber eine schwache axiale Spannung. Steilere Winkel über 55° bieten eine starke axiale Spannung, aber oft ein unzureichendes Schneiddrehmoment für viele Aluminiumanwendungen.

Für die Endbearbeitung wählen Maschinenbauer in der Regel 45°-Werkzeuge, da flachere Schneidkanten aggressiv Material abtragen. Die Spanabfuhr bleibt ausreichend, während die axiale Spannung höher ist.

SPEED TIGER bietet eine Reihe von Fräsern an, die speziell für Aluminium entwickelt wurden. Zum Beispiel ist der AP-Schaftfräser ein spezialisiertes Aluminiumschneidwerkzeug, das in einer ISO-9001-zertifizierten Fabrik hergestellt wird. Sein Einschneiderdesign gewährleistet eine hervorragende Spanabfuhr, während das verstärkte Äußere Festigkeit und Haltbarkeit für Hochintensitätsanwendungen bietet.

★ Hauptmerkmale des Einschneider-AP:

1. Optimiert für Hochgeschwindigkeitsbearbeitung und Massenmaterialabtrag.
2. Hervorragend geeignet für die Bearbeitung von Holz, Aluminium, Kupfer, Kunststoffen, Messing, Kohlenstoffstahl (~HB225), legiertem Stahl (HB225–325) und vorgehärtetem Stahl (bis zu HRC45).
3. Geometrie und große Spanräume ermöglichen eine effiziente Spanabfuhr, wodurch höhere Vorschubraten und kürzere Zykluszeiten möglich sind.

SPEED TIGER bietet auch die N-Serie für Nichteisenanwendungen wie Aluminium an. Der AL-Hartmetallbohrer verbessert die Präzision, indem er den Abstand zwischen der Bohrerspitze und der Schneidkante verringert.

★ Besonderes Design des AL-Bohrers:

1. Doppelter Rand – der zweite Rand hat ebenfalls eine Schneidkante – sorgt für glattes Oberflächenbohren und hochpräzise gerade Schnitte.
2. Hochsteifes Design und erweiterter Spanabfuhrraum.
3. Verbesserte Randtop-Positionierung für höhere Bohrgenauigkeit.

Der ALC-Hartmetallbohrer teilt sich die doppelte Schneidkante des AL für hochpräzise gerade Schnitte und glattes Oberflächenbohren. Darüber hinaus verfügt er über ein Kühlmittelloch, um die Temperaturen bei Hochdrehzahlanwendungen zu senken. Die verbesserte Randtop-Positionierung verbessert die Lochgenauigkeit in Werkstücken aus Aluminium- und Kupferlegierungen.

Die Bohrer der N-Serie eignen sich für verschiedene Aluminiumlegierungen, darunter A7075, AlZnCu1.5, AC, ADC und A1070.

★ Besonderes Design des ALC-Kühlmittel-Durchgangsbohrers:

1. Doppelter Rand für glattes Oberflächenbohren und hochpräzise gerade Schnitte.
2. Hochsteifes Design und erweiterter Spanabfuhrraum.
3. Verbesserte Randtop-Positionierung für höhere Bohrgenauigkeit.

Der AUE-Hochvorschub-U-Typ Fräser verbessert die Materialabtragsrate (MRR) und die Oberflächengüte erheblich, da die Späne bei hohen Geschwindigkeiten effektiv abgeführt werden. Seine robusten Zähne und der doppelte Freiwinkel gewährleisten eine hervorragende Produktivität, mit einer Steigerung von 100 % dank erhöhter Zahnhärte.

★ Hauptmerkmale des AUE-Hartmetallfräsers:

1. Höhere Schnittgeschwindigkeiten aufgrund überlegener MRR, insbesondere beim Nutenfräsen.
2. Das U-Typ-Design mit hohem Vorschub ist ideal für Aluminium- und Kupferlegierungen.
3. Robuste Zähne und doppelter Freiwinkel – erhöhte Zahnhärte steigert die Produktivität.
4. Legierungsoptimiertes Zahndesign – ob Schruppen oder Schlichten, die Oberflächengüte wird durch effiziente Spanabfuhr stark verbessert.