7 Möglichkeiten zur Vermeidung von Teileverformungen bei der CNC-Bearbeitung von Aluminium
Einführung:
Aluminium ist aufgrund seines geringen Gewichts, seines hohen Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses, seiner Korrosionsbeständigkeit und seiner hervorragenden thermischen und elektrischen Leitfähigkeit ein beliebtes Material für CNC-bearbeitete Teile. Der niedrige Schmelzpunkt und der hohe Wärmeausdehnungskoeffizient von Aluminium machen es jedoch anfällig für Verzerrungen und Verformungen bei CNC-Bearbeitungsprozessen wie Fräsen, Drehen und Bohren. Die Verformung von Teilen kann zu Ausschussteilen führen, die außerhalb der Toleranz liegen und unbrauchbar sind.
In diesem Blogbeitrag besprechen wir 7 Methoden zur Vermeidung und Minimierung von Teileverformungen bei der CNC-Bearbeitung von Aluminiumkomponenten. Die ordnungsgemäße Steuerung von Bearbeitungsfaktoren wie Wärmeerzeugung, Befestigung, Werkzeugauswahl und mehr kann dazu beitragen, die Genauigkeit, Qualität und Maßhaltigkeit von Aluminiumteilen aufrechtzuerhalten. Lesen Sie weiter, um die wichtigsten Strategien für die verformungsfreie CNC-Bearbeitung von Aluminium kennenzulernen.
- Verwenden Sie eine starre Befestigung
Die richtige Befestigung ist entscheidend, um bei der Aluminiumbearbeitung eine Verformung des Teils zu vermeiden. Aluminium neigt dazu, sich zu verziehen und zu verbiegen, wenn die Klemmkräfte ungleichmäßig oder unzureichend sind. Verwenden Sie große, starre Vorrichtungen und Schraubstöcke, um das Aluminiumwerkstück von allen Seiten gleichmäßig zu greifen und zu stützen. Vermeiden Sie unterdimensionierte Schraubstöcke oder minimale Klemmungen, die beim Schneiden zu Vibrationen oder Rattern führen können. Spannen Sie Teile über die gesamte Länge oder an mehreren Stellen, um Verformungen durch den Werkzeugdruck zu vermeiden. Spezielle Vorrichtungen, die Teile präzise positionieren, tragen außerdem dazu bei, die Positionsgenauigkeit beim Entfernen von Material aufrechtzuerhalten.
- Minimieren Sie die Wärmeentwicklung
Die bei der Aluminiumbearbeitung entstehende Wärme kann zu erheblicher Wärmeausdehnung und Verformung führen. Während des Schneidens entsteht an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Werkstück eine Reibungserwärmung, die durch suboptimale Vorschübe/Geschwindigkeiten noch verstärkt wird. Eine Möglichkeit zur Wärmekontrolle besteht darin, übermäßig aggressive Bearbeitungsparameter zu vermeiden. Nehmen Sie geringe Schnitttiefen vor und verringern Sie die Vorschübe, um die Schnittkräfte zu verringern. Hochdruck-Kühlmittel, das auf die Werkzeugspitze gerichtet ist, leitet außerdem die entstehende Wärme ab.
Auch Strategien wie die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung mit Hartmetallwerkzeugen können die Hitze im Arbeitsbereich begrenzen. Durch die höheren Zerspanungsraten können Teile schneller bearbeitet werden und die Möglichkeit einer Wärmeübertragung in das Aluminium ist geringer. Trochoide Werkzeugwege, die die Last gleichmäßig verteilen, verhindern im Vergleich zum Schlitzen auch eine Wärmekonzentration.
- Sorgen Sie für eine ordnungsgemäße Spanentfernung
Bei der Bearbeitung von Aluminium entstehen lange, kontinuierliche Späne, die sich um das Werkzeug und das Teil verfangen können. Diese zähen Späne behindern die Spanabfuhr und leiten Wärme zurück zum Werkstück, wenn sie nicht ordnungsgemäß abgeführt werden. Aufbauschneiden können auch dazu führen, dass der Werkzeugdruck variiert, was zu Verformungen führt.
Um eine effektive Spanabfuhr zu fördern, verwenden Sie Hochdruck-Kühlmittelsysteme oder Luftstrahlen, die auf den Schnitt gerichtet sind. Für die Spanverdünnung optimierte CNC-Programme können zähe Späne zerkleinern. Werkzeugwege und Gleichlauffrässtrategien, die Späne vom Werkstück wegschleudern, verhindern außerdem ein Nachschneiden und Ansammeln von Spänen.
- Verwenden Sie für Aluminium optimierte Werkzeuge
Das falsche Material oder die falsche Geometrie des Schneidwerkzeugs kann die Verformungskräfte der Teile in Aluminiumlegierungen verstärken. Hartmetall-, diamantbeschichtete oder PKD-Wendeschneidplatten eignen sich aufgrund ihrer Verschleißfestigkeit und scharfen Schneidkanten gut zur Einhaltung der Teiletoleranz. Durch PVD abgeschiedene Mehrschichtbeschichtungen wie TiAlN oder AlTiN minimieren außerdem die Aluminiumhaftung und den Wärmestau.
Vehring-Hartmetall-Schaftfräser mit polierten Nuten reduzieren die Reibung und minimieren Materialverschweißungen. Durch die hinterschnittene Kantengeometrie der Wendeschneidplatten entstehen schärfere Schneidpunkte, die geringere Kräfte erfordern. Durch die Angabe der richtigen Anzahl an Nuten, Steigungen und Spiralwinkeln wird außerdem das Werkzeugdesign für eine effiziente Abfuhr der Aluminiumspäne optimiert.
- Setzen Sie kraftausgeglichene Frässtrategien ein
Die beim Fräsen auftretenden Richtungskräfte führen zu möglichen Problemen mit der Teileverformung. Herkömmliche Werkzeugwege erzeugen unausgeglichene Schnittlasten, die zu Verformungen auf der gesamten Teileoberfläche führen. Der Kraftausgleich zielt darauf ab, diese Radialkräfte durch Symmetrie auszugleichen.
Beispielsweise unterteilen bidirektionale Werkzeugwege den Zyklus so, dass das Fräsen abwechselnd aus entgegengesetzten Richtungen erfolgt. Dadurch werden seitliche Kräfte auf beiden Seiten des Werkstücks aufgehoben. Auch Werkzeugwegstrategien wie das Trochoidenfräsen erreichen ein Kräftegleichgewicht durch kontinuierlich rotierende Kraftvektoren.
- Spanndruck begrenzen
Während eine ausreichende Klemmung erforderlich ist, um Teile sicher zu halten, kann eine übermäßige Klemmkraft auch zu Verformungen bei Aluminiumwerkstücken führen. Das Material ist weich genug, dass dünne Abschnitte durch zu festes Anziehen des Schraubstocks verbogen werden können. Darüber hinaus erhöht die Wärmeausdehnung während der Bearbeitung die inneren Spannungen.
Vermeiden Sie es, Aluminiumteile über das zur Aufrechterhaltung der Stabilität der Vorrichtung erforderliche Maß hinaus einzuspannen. Weiche Klemmmaterialien wie Bronze-, Aluminium- oder Kupferbacken verteilen die Greifkraft außerdem gleichmäßiger als Stahl. Auch die Überwachung der Drücke mit lastanzeigenden Sensoren kann ein Überspannen verhindern.
- Kontrollieren Sie die Werkstücktemperaturen
Das richtige Erhitzen oder Kühlen von Teilen vor und nach der Bearbeitung hilft, thermischen Verformungen in Aluminium entgegenzuwirken. Durch Vorwärmen auf etwa 250 °F vor dem Schneiden können Restspannungen reduziert und die Materialtemperatur stabilisiert werden. Dies minimiert Verformungen durch intermittierende Wärmeentwicklung.
Das Nachkühlen der Teile auf Umgebungstemperatur nach dem Prozess verhindert außerdem eine ungleichmäßige Abkühlung und den damit verbundenen Verzug. Dabei kann es sich um Tischkühlung, Wachse/Öle oder kryogene Systeme handeln. Ziel ist es, Bauteile auf einen einheitlichen Temperaturzustand zu bringen, bevor eine unsachgemäße Kühlung zu Maßfehlern führt.
Fazit:
Verformungen, Verwerfungen und schlechte Toleranzen sind häufige Mängel bei der CNC-Bearbeitung von Aluminiumkomponenten. Durch die Implementierung von Strategien wie starre Spannvorrichtungen, Spanmanagement, Kraftausgleich, optimierte Werkzeuge und thermische Kontrolle können jedoch Teilefehler minimiert werden. Dadurch können die Vorteile von Aluminium in Bezug auf geringes Gewicht und Korrosionsbeständigkeit genutzt werden, während gleichzeitig die Genauigkeit und Qualität der bearbeiteten Komponenten erhalten bleibt. Eine sorgfältige Prozessplanung und Verformungsminderung ermöglichen die volle Ausschöpfung des Potenzials von Aluminium in Präzisionsteilen in allen Branchen.