Die richtigen Werkzeuge auswählen: Horn empfiehlt seine MKD-Werkzeuge zum Drehen und Fräsen für vielseitige Anwendungen. Das Zirkularfräswerkzeug Typ 313 produziert mit spezieller Mikro- und Makro-Geometrie hocheffizient Triebwerksbauteile für Aerosp
Foto: Horn

Fräswerkzeuge

Besser fräsen in Aluminium

Der Aluminiumverbrauch in Deutschland steigt weiter an. Dr.-Ing. Matthias Luik beschäftigt sich bei Horn mit der Entwicklung idealer Zerspanungswerkzeuge.

von Harald Klieber

Aluminium ist einmalig: wiegt nur ein Drittel von Stahl, ist chemisch sehr beständig, gut umform-, schweiß- und gießbar, bietet dekorative und abriebfeste Oberflächen, ist nicht magnetisch, aber dafür mit hoher elektrischer Leitfähigkeit gesegnet. Diese Eigenschaften kennen Sie wahrscheinlich schon. Deshalb wird Aluminium auch sehr gerne verwendet: zum Leichtbau, zum Handling von Nahrungsmitteln, auch Offshore oder als Stromleitungen und wegen der guten Verarbeitbarkeit auch wieder verstärkt in der Automobil- und Luftfahrtbranche. „Aluminium ist wie geschaffen für Automobil und Luftfahrt. Die Probleme rund um CFK, von der Bearbeitung, Entsorgung bis zum Recycling, haben im Verhältnis zu einem Rückgang an CFK und einer Zunahme an Aluminium geführt. Deshalb wird mittlerweile wieder viel mehr Aluminium in Deutschland verarbeitet – Tendenz klar steigend“, fasst Horn-Entwicklungsleiter Dr.-Ing. Matthias Luik die deutlich erkennbare Renaissance des im frühen 19. Jahrhundert entdeckten Werkstoffs zusammen.

Aluminium ist nicht gleich Aluminium

Mittlerweile werden rund 20 % des deutschen Aluminiumbedarfs mit Recycling abgedeckt. Großer Pluspunkt ist dabei die relativ gute Verarbeitbarkeit, die den Werkstoff wiederum sehr interessant für die Kreislaufwirtschaft macht. „Die Additive Fertigung setzt zudem neben teurem Titan auf Aluminium in der Luft- und Raumfahrt. Bei dieser neuen Technologie wird Aluminium auch zunehmend für den Bereich Automotive interessant “, berichtet Matthias Luik. Problem ist aber: Aluminium ist nicht Aluminium. Jeder Anwender will für seinen Einsatzfall die passende Zugfestigkeit, Dehnung, Härte und braucht somit speziell abgestimmte Legierungsanteile wie Silizium, Magnesium, Kupfer, Zink oder Mangan.

Additiver Mehrwert – kann aber Werkzeuge verkleben

„Die Zusammensetzung des Aluminiums müssen Sie natürlich bei der Bearbeitung beachten“, mahnt Matthias Luik. Denn der Werkstoff kann beim Zerpanen durch die Wärmeentwicklung weich werden, das Schneidwerkzeug verkleben und durch den gestörten Spänefluss auch zerstören. Wichtig ist deshalb nach Erfahrung von Matthias Luik die fachgerechte Abstimmung zwischen Werkstoff und Schnittparametern. Diese sind abhängig von der Aluminium-Legierung, dem Schneidwerkzeug, der Vorschubgeschwindigkeit, Drehzahl sowie Art und Menge des Kühlschmierstoffs. „Bestehende und bewährte Aluminiumlegierungen werden nach wie vor einen großen Stellenwert einnehmen. Was aber vermehrt hinzukommt sind Verbundwerkstoffe mit Aluminium, fest oder auch als Schäume, zum Beispiel gepaart mit CFK und Titan.“

Neue Herausforderung für die Zerspanung

Dabei, so Matthias Luik, würden sich hinsichtlich der Zerspanung völlig neue Problemfelder ergeben. Zudem gibt es Bemühungen, die Festigkeitseigenschaften von Aluminium zu erhöhen und durch Beimischungen mit anderen Metallen die Festigkeiten weiter zu steigern. „Das wird die Zerspaner vor neue Herausforderungen stellen“, betont Matthias Luik. Höher, weiter, schneller wird demnach natürlich auch für Aluminium gelten. Allerdings sind nach Einschätzung von Matthias Luik auch maschinenseitig Grenzen gesetzt, da einige Prozessparameter heute gar nicht mehr realisiert werden können: wie Vorschubgeschwindigkeiten jenseits der maximalen Eilganggeschwindigkeit. Also wird vielfach mit großen Schnitttiefen gearbeitet, was bei dünnwandigen Bauteilen wieder zu einem Problem werden könnte. „Hier sind neue Prozesse in ihrer Gesamtheit gefordert. Ein weiteres Thema ist die Bearbeitung neuartiger Legierungen mit hoher Festigkeit.“ Große Spanwinkel, wie sie typische Werkzeuge zur Bearbeitung von Aluminium aufweisen, wirken hier nach Erfahrung von Matthias Luik konträr, um hochfeste Bauteile effizient zu bearbeiten. Dafür sind nach Erfahrung des Entwicklungsleiters neben neuen Geometrien natürlich ebenso neue Prozesse gefordert. „Zudem ist der Spanbruch bzw. die Prozesssicherheit ein Dauerthema, auch hier sind Lösungen gefordert, die weit über die Entwicklung einer neuen Geometrie hinausgehen.“

Nicht Formel 1 sondern Champions League zählt

Momentan definiert Matthias Luik die Formel 1, die besten Werkzeuge für die Aluminiumbearbeitung, durch eine möglichst harte Schneide. „Sowohl beim Fräsen wie auch Drehen steht auf Position 2 die Schärfe der Schneide, gefolgt von bestmöglicher Adhäsionshemmung, die das Verkleben verhindert, und möglichst geringem Schnittdruck, was natürlich maßgeblich von der Werkzeuggeometrie bestimmt wird.“ Unterm Strich soll dabei natürlich ein möglichst großes Zerspanvolumen entstehen. „Ich würde hier aber lieber von der Champions League sprechen, denn die ist definiert durch das breite Spektrum an hochkarätigen Werkzeugen für die verschiedenste Anwendungen.“

Eine Fußballmannschaft an Spitzen-Werkzeugen

Nach Erfahrung von Matthias Luik reicht es heute eben nicht, nur eine PKD-Schneide für die Alu-Bearbeitung zu haben. Aufgrund der vielfältigen Anwendungen benötigt es verschiedene Werkzeuge, welche in ihrem Segment die Besten sind. „Analog zu einer Fußballmannschaft braucht der Zerspaner eine ordentliche Bandbreite an Spitzen-Werkzeugen“ – von der Volumenzerspanung bis hin zu Highend mit MKD, dazwischen CVD-D-Werkzeuge mit angepasster Spanleitstufe oder kostengünstige HM-Werkzeuge, beschichtet und unbeschichtet für die gelegentliche Zerspanung von Aluminium.

Die richtigen Werkzeuge vom Spezialisten

Die Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH, welche mittlerweile nicht nur mit ihren Einstech-, Längsdreh- und Nutenfräs-Werkzeugen eine Spitzenposition einnimmt, so Matthias Luik, bietet gerade für die Aluminiumbearbeitung ein großes Produktportfolio. „Horn wurde 1969 gegründet und hat die Bedeutung von Aluminium nie aus dem Blickfeld verloren.“ Deshalb bietet Horn nicht nur für die Massenanwendungen beim Drehen und Fräsen eine breites Spektrum an Diamantschneidstoffen, PKD, CVD-D und MKD an – sondern nutzt gerade auch den Vorteil der CVD-D, um angepasste gelaserte Spanleitstufen einzubringen, „wenn nötig natürlich auch kundenspezifisch“, lässt Matthias Luik die eigentliche Paradedisziplin der Tübinger Werkzeugherstellers anklingen. „Denn über unserer MKD-Werkzeuge werden heute echte Highend-Oberflächen hergestellt, welche in Nanometerbereich funktionieren müssen. Weltweit gibt es nur wenige Hersteller und hier in Europa sind wir der einzige, der MKD-Mikrofräser herstellen kann.“ Aufgrund der Bedeutung dieser Werkstoffe hat Horn die Werkzeuge sogar in einem eigenen Katalog zusammengefasst, der auch bestellt werden kann. „Für den gelegentlichen Einsatz empfehlen wir beschichtete, aber auch sehr scharfe unbeschichtete HM-Werkzeuge.“ Dafür entwickelte Horn nach Angaben von Matthias Luik extra zur Aluminiumbearbeitung angepasste Geometrien.

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