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Jede Halterung für die Luft- und Raumfahrt, jedes medizinische Instrument, jedes Robotergelenk und jede Automobilkomponente ist einzigartig. Die Baugruppe funktioniert, wenn das Aluminiumteil präzise oder innerhalb von ±0,005 Zoll gefertigt wird; weicht das Teil jedoch um diesen Betrag von der Spezifikation ab, kann es zu einem Ausfall kommen.
Aluminium ist eines der nachgiebigsten Materialien bei der Verwendung von CNC-Maschinen, da es eine hohe Schnittgeschwindigkeit, hervorragende Wärmeableitungseigenschaften und ein großes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis aufweist. Es ist jedoch nach wie vor erforderlich, dass Sie die richtige Kombination aus CNC-Maschinen, Strategien und Qualitätssicherungssystemen einsetzen, um hochpräzise CNC-Aluminiumteile herzustellen, insbesondere solche, die enge Toleranzen von ±0,01 mm erfordern.
Dieser Leitfaden hilft Ihnen, alle Aspekte der Herstellung von CNC-Aluminiumteilen zu verstehen – von der CNC-Bearbeitung über den Unterschied zwischen 3-Achsen- und 5-Achsen-Bearbeitung bis hin zur Auswahl des besten Dienstleisters für Ihre CNC-Aluminiumbearbeitung.
Aluminium ist das am weitesten verbreitete CNC-bearbeitete Nichteisenmetall. Etwa 80 % der Präzisionsbauteile in der Elektronik, Luft- und Raumfahrt und Robotik bestehen aus Aluminiumlegierungen. Diese Beliebtheit ist kein Zufall.
Aluminium bietet:
Eine Dichte von etwa einem Drittel der von Stahl
Hervorragende thermische und elektrische Leitfähigkeit
Natürliche Korrosionsbeständigkeit, die durch Eloxieren weiter verstärkt wird
Überlegene Bearbeitbarkeit, die hohe Spindeldrehzahlen bei geringerem Werkzeugverschleiß ermöglicht
Die Eigenschaften, die mit jedem CNC-Aluminiumbearbeitungsservice verbunden sind, führen zu kürzeren Zykluszeiten, geringeren Kosten und gleichbleibender Qualität während einer Produktionsserie. Bei der Herstellung von gefrästen Aluminiumkomponenten können Sie diese mit engen Toleranzen bearbeiten, ohne langsame Vorschubgeschwindigkeiten oder häufige Werkzeugwechsel zu benötigen. Die Beschaffenheit des Materials führt zu sauberen Spanabbrüchen, wodurch glatte Oberflächen an CNC-gefrästen Aluminiumteilen entstehen und nur minimale Grate entstehen.
Die beiden am häufigsten in der Präzisionsfertigung verwendeten Aluminiumlegierungen sind 6061 und 7075, wobei jede Legierung für letztlich unterschiedliche Einsatzzwecke geeignet ist.
Die Aluminiumlegierung 6061 gilt als die universelle Aluminiumlegierung für den allgemeinen Gebrauch. Sie bietet die optimale Kombination aus Kosten, Bearbeitbarkeit, Festigkeit und vielfältigen Veredelungsmöglichkeiten. Die Bandbreite der Schnittparameter für 6061 Aluminium ist groß, sodass Sie Ihre Werkzeuge innerhalb einer großen Variationsbreite betreiben können, während Sie gleichzeitig eine Balance zwischen Werkzeugstandzeit und Oberflächengüte finden.
Typische Anwendungen für die Aluminiumlegierung 6061 sind Strukturkomponenten, Kfz-Motorhalterungen, CNC-Prototypen, Automatisierungsanlagenteile, Robotergehäuse und dünnwandige gefräste Merkmale.
Die Aluminiumlegierung 7075 ist eine der derzeit stärksten verfügbaren Aluminiumlegierungen. Sie zeichnet sich durch ein hervorragendes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und eine hohe Ermüdungsbeständigkeit aus. Dünnwandige Teile aus 7075 können sich jedoch aufgrund von Eigenspannungen verziehen; daher muss sorgfältig auf die richtige Aufspannung, Einspannung und Planung der CNC-Fräsbahn geachtet werden.
Typische Anwendungen für die Aluminiumlegierung 7075 umfassen Flugzeugstrukturkomponenten, Hochleistungs-Roboterkomponenten, Rennfahrzeugkomponenten, UAV-/Drohnenrahmen und hochbelastete Präzisionsstrukturkomponenten.
Für die meisten Aluminiumanwendungen, die präzises CNC-Fräsen erfordern, wäre 6061 Aluminium die bevorzugte Aluminiumlegierung für den Start. Wenn die Komponenten jedoch extremer mechanischer Belastung ausgesetzt sind und die Festigkeit wichtiger als die Kosten ist, ist es angemessen, 7075 Aluminium zu wählen.
Die Herstellung hochpräziser CNC-Aluminiumkomponenten erfordert einen mehrstufigen Prozess mit präziser Steuerung jeder Phase und nicht nur ein teures CNC-Frässystem.
Um die Auswirkungen der Wärmeausdehnung auf die Genauigkeit zu kontrollieren, müssen wir bei der Arbeit mit dimensionell empfindlichen Materialien besonderes Augenmerk auf Temperaturkontrolle und Spannungsarmglühen legen.
Zum Beispiel: Bei der Verwendung von 6061-T6 Aluminium in einem Robotikprojekt mit Mikromotor-Aktuatorgehäusen wurden die ursprünglich geforderten Toleranzen von ±0,01 mm sowohl für den Bohrungsdurchmesser als auch für die Bezugsflächenpositionen durch unkontrollierte Wärmeausdehnung beeinträchtigt. Der Hersteller verwendete einen internen Spannungsarmglühprozess von drei (3) Stunden Dauer bei 165 °C, gefolgt von einer Luftabkühlung von etwa acht (8) Stunden, um die Planheitsabweichung von 0,060 mm auf 0,015 mm zu minimieren, bevor mit CNC-Bearbeitungsaktivitäten begonnen wurde.
Um die erforderlichen Toleranzen zu erreichen, nutzten wir einen mehrstufigen Bearbeitungsansatz; die Standardmethode besteht darin, die folgenden Bearbeitungsschritte durchzuführen:
Schruppen – Entfernen von überschüssigem Material von den kritischen Referenzflächen.
Schlichten (Vorschlichten) – Entfernen von etwa 0,050 mm Material von den Präzisionsreferenzflächen und etwa 0,030 mm Material von den Bohrungsdurchmessern.
Fertigen (Schlichten) – Endgültige Fertigstellung unter kontrollierten Bedingungen.
Die oben besprochenen Präzisions-Aktuatorgehäuse wurden unter kontrollierten Temperaturbedingungen von 21 °C fertiggestellt. Der Anbieter MILTAC nutzte unterschiedliche Schnittbedingungen, um die erforderliche Konsistenz über alle 240 Aktuatorgehäuse hinweg zu erreichen.
Bei der Tolerierung der Bohrungsdurchmesserpositionen zur Erzielung der Koaxialität (±0,008 mm oder besser) sollten Reibahlen und Mikro-Feinbohrköpfe verwendet werden. Eine gängige Praxis ist es, zuerst eine Kernbohrung mit einem Schaftfräser vorzunehmen, dann mit einer H7-Reibahle vorzuschlichten und die endgültige Fertigstellung mit einem Mikro-Feinbohrkopf mit festem Anschlag abzuschließen, der Anpassungen bis auf einzelne Mikrometer ermöglicht.
Die richtige Werkzeugauswahl und die richtigen Schnittparameter sind entscheidend für das erfolgreiche CNC-Fräsen von Präzisionsbauteilen aus Aluminium. Zu den Werkzeugfaktoren, die zu sauber bearbeiteten Komponenten im Gegensatz zu schlechter Oberflächengüte aufgrund von Aufbauschneiden führen, gehören:
Werkzeugauswahl (2-schneidige / 3-schneidige Hartmetall-Schaftfräser mit scharfen Schneidkanten zur Minimierung der Gratbildung)
Werkzeugbeschichtungen (DLC / TiB₂ )
Polierte / glatte Spanraumgeometrie für ordnungsgemäße Spanabfuhr
Bei der Verwendung von 6061 Aluminium werden Schnittgeschwindigkeiten von 12.000 - 20.000 U/min empfohlen, während bei der Verwendung von 7075 Aluminium moderate bis hohe Schnittgeschwindigkeiten von 15.000 - 24.000 U/min empfohlen werden, wobei Hochdruck-Kühlmittel (HPC) durch die Spindel als primäre Kühlmethode eingesetzt werden sollte. Dies minimiert die Wärmeentwicklung, sorgt für eine kontinuierliche Spanabfuhr und erzeugt eine höhere Oberflächenqualität an Präzisionsbauteilen.
Der Unterschied zwischen 3-Achsen-CNC-Aluminiumfräsen und 5-Achsen-CNC-Aluminiumfräsen besteht nicht nur in der Anzahl der Achsen. Es geht um Designfreiheit, Toleranzkontrolle und Effizienz.
Beim 3-Achsen-CNC-Aluminiumfräsen bewegt sich das Schneidwerkzeug in drei linearen Richtungen (X, Y und Z). Das Werkstück bleibt fixiert. Für einfache Teile mit flachen Oberflächen und Merkmalen nur auf der Oberseite ist dies völlig ausreichend. Die Programmierung ist einfach, der Wartungsaufwand geringer und die Ausrüstung kostengünstiger.
Bei komplexen Geometrien – tiefe Kavitäten, Hinterschneidungen, organische Konturen, Teile, die eine Bearbeitung auf mehreren Seiten erfordern – müssen 3-Achsen-Maschinen das Werkstück jedoch neu positionieren. Jede Neupositionierung birgt das Risiko von Toleranzstapelfehlern.
Im Gegensatz dazu führt 5-Achsen-CNC-gefrästes Aluminium zwei zusätzliche Rotationsbewegungen ein (A- und B-Achse). Das Werkzeug kann das Material aus nahezu jedem Winkel anfahren.
Zu den Vorteilen gehören:
Einspannungsfreie Produktion eliminiert Toleranzstapelfehler
Zugang zu Hinterschneidungen und tiefen Kavitäten ohne spezielle Vorrichtungen
Verbesserte Oberflächengüten auf konturierten Oberflächen
Reduzierung der Zykluszeit durch Wegfall mehrerer Aufspannungen
Fähigkeit zur Bearbeitung komplexer 5-Achsen-CNC-gefräster Aluminiumkomponenten, die auf 3-Achsen-Geräten unmöglich wären
Für CNC-Aluminiumteile für die Luft- und Raumfahrt, wie Strukturhalterungen und Turbinengehäuse, ist die 5-Achsen-Fähigkeit unerlässlich. Für industrielle CNC-gefräste Aluminiumkomponenten mit moderater Designkomplexität kann die 3-Achsen-Bearbeitung immer noch die wirtschaftlichste Wahl sein. Die richtige Ausrüstung hängt von der Teilegeometrie und dem Volumen ab.
Aluminium-CNC-gefräste Teile werden heute in praktisch jedem Fertigungsbereich eingesetzt. Die Kombination aus Leichtigkeit, hoher Festigkeit und Präzision macht Aluminium zum bevorzugten Material für Anwendungen, die sowohl Leistung als auch geringes Gewicht erfordern.
CNC-Aluminiumteile für die Luft- und Raumfahrt. Präzision, Zuverlässigkeit und minimales Gewicht sind bei der Entwicklung flugkritischer Komponenten in der Luft- und Raumfahrt von entscheidender Bedeutung. Daher wird Aluminium für den Strukturrahmen, Steuerflächen, Innenausstattung und Triebwerksgehäuse in der Luft- und Raumfahrt verwendet. Um die strengen Toleranzen und regulatorischen Anforderungen der Luft- und Raumfahrtindustrie zu erfüllen, bietet das CNC-Fräsen von Aluminium die erforderliche Präzision.
Automobil-CNC-gefräste Aluminiumteile. Heutige Automobile müssen aus leichten Komponenten hergestellt werden, um eine bessere Kraftstoffeffizienz bei gleichzeitiger Leistungssteigerung zu erzielen. Dies erfordert, dass Teile wie Motorblöcke, Zylinderköpfe, Aufhängungskomponenten und Antriebsstrangkomponenten aus Aluminium unter Verwendung von CNC-Fräsprozessen hergestellt werden, um die Toleranzen und Präzision zu erreichen, die für präzise Passflächen, Lagerbohrungen und komplexe Fluidkanäle erforder
