So gelingt die perfekte Aluminium-Bearbeitung: Die Aluminium Zerspanung Live im Workshop!

Aluminium ist allgegenwärtig. Es begegnet uns in Fahrzeugkarosserien, Flugzeugstrukturen, Maschinenbauteilen, Verpackungen und in vielen industriellen Anwendungen. Die Gründe dafür liegen auf der Hand: Das Material ist leicht, formbar, korrosionsbeständig und überzeugt durch seine ausgezeichnete Leitfähigkeit. Doch genau diese Vielfalt stellt Fertiger vor besondere Herausforderungen. Denn die Aluminium Zerspanung ist alles andere als ein Selbstläufer.

Je nach Legierung, Festigkeit und Gefüge reagiert es sehr unterschiedlich auf Bearbeitungsprozesse. Verkleben der Späne, Aufbauschneidenbildung und ein abrupter Verschleiß der Werkzeuge sind nur einige der typischen Begleiterscheinungen. Die Herausforderungen liegen oft im Detail und der Weg zu einem stabilen, effizienten Prozess ist selten geradlinig. Was dabei den entscheidenden Unterschied macht, zeigt sich erst, wenn man tiefer einsteigt.

Von leicht bis leistungsstark: Was Aluminium für die Zerspanung so attraktiv macht

Aluminium überzeugt als Werkstoff durch eine außergewöhnliche Kombination technischer Eigenschaften, die es für die Zerspanung besonders attraktiv machen. Seine natürliche Oxidschicht schützt zuverlässig vor Korrosion und kann durch Eloxalbehandlungen zusätzlich verstärkt werden – ein klarer Vorteil in aggressiven Umgebungen oder bei hohen Anforderungen an die Oberfläche. Gleichzeitig leitet Aluminium Wärme und Strom sehr effizient: Mit rund 60 Prozent der Wärmeleitfähigkeit von Kupfer und einer elektrischen Leitfähigkeit von etwa 62 Prozent bei nur einem Drittel des Gewichts ist es ideal für leichte, leistungsstarke Bauteile.

Auch optisch und funktional bietet das Material Vorteile. Es reflektiert bis zu 90 Prozent der Wärmestrahlung und 80 Prozent des Lichts, was es prädestiniert für den Einsatz gegen Licht- und Wärmestrahlung in Anwendungen wie Bedachung und Hitzeschilde für Kraftfahrzeuge macht. In puncto Nachhaltigkeit punktet es mit hervorragender Recyclingfähigkeit. Für die Wiederverwertung wird nur ein Bruchteil der Energie benötigt, ohne Einbußen bei Qualität oder Festigkeit. Außerdem erfordert es in der Regel keine zusätzliche Schutzbeschichtung, da bereits einfache Verfahren wie Bürsten oder Kugelstrahlen meist ausreichen. Falls dennoch ein erhöhter Schutz notwendig ist, können ergänzende Oberflächenbehandlungen wie Lacke oder elektrochemische Behandlungen (z. B. Eloxierung) aufgebracht werden.

Leicht, stark, vielseitig – ideale Voraussetzungen für die Zerspanung

Ein entscheidender Faktor für die Aluminiumbearbeitung ist das exzellente Verhältnis von Gewicht zu Festigkeit. Damit eignet sich der Werkstoff hervorragend für leichte, robuste Konstruktionen, etwa in Fahrzeugen oder Flugzeugen. Ebenso überzeugt er durch seine unkomplizierte Verarbeitung: Er lässt sich in nahezu jeder gewünschten Dicke fertigen. Die einfache Bearbeitbarkeit, etwa durch Drehen, Fräsen oder Schleifen, sowie die hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit tragen zusätzlich zu einer wirtschaftlichen Produktion bei. Darüber hinaus ist er gut verformbar und lässt sich ohne Bruch zu feinen Fäden oder komplexen Formen verarbeiten. Trotz geringerer Dehnbarkeit im Vergleich zu Kupfer ermöglichen seine niedrige Dichte und der niedrige Schmelzpunkt eine flexible Herstellung verschiedenster Produkte wie Bleche, Rohre oder Stangen.

Auch bei tiefen Temperaturen zeigt Aluminium seine Stärken: Es wird nicht spröde, sondern stärker und bleibt korrosionsbeständig. Zudem ist es nicht magnetisch, was es ideal zum Abschirmen von Antennen und Computerplatten macht. Wer Aluminium zerspanen will, arbeitet mit einem Werkstoff, der nicht nur leicht und leitfähig, sondern auch robust, nachhaltig und extrem vielseitig ist. Vorausgesetzt, man kennt seine Eigenheiten und setzt auf passende Präzisionswerkzeuge, wie sie HAM entwickelt.

Aluminium ist nicht gleich Aluminium und genau das macht den Unterschied

Aluminium ist ein echtes Leichtgewicht mit erstaunlicher Kraft. Im Vergleich zu anderen Werkstoffen liegt Aluminium in puncto Festigkeit im mittleren Bereich. Bezieht man allerdings die Dichte mit ein, hebt es sich deutlich ab und übertrifft sogar Stahl. Genau dieses Verhältnis macht es so attraktiv für den Leichtbau. In der Fahrzeugtechnik, in der Luftfahrt oder im Maschinenbau ist Aluminium längst fest etabliert.

Doch so vielseitig der Werkstoff ist, so unterschiedlich verhält er sich auch beim Zerspanen. Denn Aluminium ist nicht gleich Aluminium. Neben Reinaluminium gibt es eine Vielzahl an Aluminiumlegierungen mit ganz eigenen Eigenschaften. Während Reinaluminium sehr weich ist und nur eine geringe Festigkeit aufweist, bringen Legierungen meist deutlich bessere Voraussetzungen für die Aluminiumbearbeitung mit. Unterschieden wird dabei zwischen Knetlegierungen und Gusslegierungen. Beide Arten sind grundsätzlich zerspanbar, erfordern jedoch eine differenzierte Betrachtung.

In der Praxis werden Aluminiumlegierungen in drei Klassen eingeteilt. Klasse eins umfasst sehr weiche Werkstoffe mit geringer Festigkeit. Hier entstehen beim Zerspanen häufig schmierige Späne, die sich mit dem Werkzeug verkleben und zur Bildung von Aufbauschneiden führen. Klasse zwei beschreibt Materialien mit erhöhter Festigkeit im Bereich von etwa 300 bis 600 Newton pro Quadratmillimeter. Diese Legierungen sind deutlich stabiler und führen zu weniger Aufbauschneide. Klasse drei steht für Automatenwerkstoffe und Knetwerkstoffe mit spanbrechenden Zusätzen wie z. B. Blei. Diese Zusätze sorgen für eine saubere Spanbildung und verringern die Neigung zur Aufbauschneide erheblich.

Die größten Herausforderungen bei der Zerspanung von Aluminium

Auf den ersten Blick wirkt Aluminium wie ein Traumpartner für die Zerspanung. Leicht, gut formbar und sauber zu verarbeiten. Doch wer sich an die Maschine stellt, erkennt schnell: Auch dieser Werkstoff hat seine Eigenheiten. Besonders das Verkleben der Späne und die hartnäckige Aufbauschneide bringen selbst erfahrene Zerspanungsprofis ins Schwitzen. Gerade beim Fräsen von Aluminium können sich diese Effekte negativ auf Maßhaltigkeit, Standzeit und Oberflächengüte auswirken.

Ein Schlüssel zur erfolgreichen Aluminiumbearbeitung liegt in der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung. In Verbindung mit einer gezielt gewählten Kühlschmierstrategie lassen sich viele Probleme bereits im Ansatz vermeiden. Denn Aluminium erzeugt beim Fräsen deutlich geringere Schnittkräfte als Stahl, oft nur etwa ein Drittel. Diese Eigenschaft erlaubt hohe Schnittgeschwindigkeiten, verlangt aber gleichzeitig eine konsequente Kontrolle des Spanflusses.

Entscheidend ist, dass die Späne möglichst schnell und effizient aus der Eingriffszone transportiert werden. Dafür braucht es spezielle Werkzeuge für Aluminium mit glatten, gleitfähigen Oberflächen, die das Anhaften verhindern und die Späne aktiv ableiten. Charakteristisch sind außerdem Fräser mit einer geringeren Zähnezahl als bei Werkzeugen für Stahl. Diese Konstruktion verbessert den Spänefluss deutlich. Wird das Ganze noch mit abgestimmten Beschichtungslösungen kombiniert, lassen sich auch klebrige Aluspäne zuverlässig kontrollieren.

Auf diese Faktoren kommt es bei der Aluminium-Zerspanung wirklich an

Wer Aluminium zuverlässig und präzise zerspanen will, muss das Zusammenspiel vieler Komponenten beherrschen. Es beginnt bei der Maschine selbst. Diese sollte nicht nur stabil arbeiten, sondern vor allem für die Verwendung moderner Kühlschmierlösungen vorbereitet sein. Systeme wie der AerosolMaster 4000 ATS (Aerosol Trocken Schmierung) von Blum-Novotest ermöglichen eine hocheffiziente Minimalmengenschmierung, bei der ein feiner Schmierfilm exakt dosiert wird. Gleichzeitig muss die Maschine Kühloptionen von innen und außen unterstützen und eine saubere Anpassung an Trockenbearbeitung, Emulsion oder MMS erlauben.

Ein weiterer Grundpfeiler in der Aluminium-Zerspanung ist die Aufspannung. Werkzeughalter und Werkstückaufnahme müssen präzise greifen, um Vibrationen zu vermeiden und eine saubere Spanbildung zu gewährleisten. Besonders bei der MMS-Bearbeitung ist es entscheidend, dass der Kühlkanal optimal positioniert ist. Beim Bohren beispielsweise kann ein spezieller Spannaufbau mit zentraler Schmierstoffzufuhr über den Halter entscheidend sein. Nur so gelingt der Spanabtransport zuverlässig und ohne Rückstände in der Bearbeitungszone.

Nicht zu vergessen: Die digitale Seite des Prozesses. Die CAM-Programmierung hat massiven Einfluss auf Effizienz und Werkzeugstandzeit. Wer hier auf durchdachte Strategien und smarte Anpassungen der Schnittwerte setzt, spart nicht nur Zeit, sondern sichert auch gleichmäßige Oberflächen. Technologie wie das iMachining von SolidCAM ermöglichen in Kombination mit optimierten Schnittdaten eine konstante Belastung und reduzieren gleichzeitig thermische Spitzen.

Doch all die optimale Maschine, perfekte Aufspannung und intelligente Programmierung entfalten ihr volles Potenzial erst in Kombination mit dem passenden Werkzeug. Denn gerade bei Aluminium entscheiden Schneidstoff, Schnittwerte, Werkzeuggeometrie und die Oberflächentechnik über Schnittqualität und Prozessstabilität. Deshalb lohnt es sich hier einen genaueren Blick auf die speziellen Anforderungen an Werkzeuge für die Aluminium-Zerspanung zu werfen.

Was unser Werkzeug bei der Aluminium-Zerspanung so besonders macht

Was ein Werkzeug für die Aluminiumzerspanung wirklich herausragend macht, ist nicht allein der verwendete Schneidstoff oder eine einzelne konstruktive Eigenschaft. Es ist das Zusammenspiel aus hochentwickeltem Material, durchdachter Geometrie und modernster Oberflächentechnik, das den entscheidenden Unterschied ausmacht.

Bei den Schneidstoffen setzen wir gezielt auf zwei bewährte Werkstoffe: polykristallinen Diamant (PKD) und Vollhartmetall. PKD-Werkzeuge sind die erste Wahl bei der Bearbeitung von abrasiven Aluminiumlegierungen mit hohem Siliziumanteil oder bei sehr hohen Stückzahlen kombiniert mit langen Werkzeugstandzeiten. Sie zeichnen sich durch eine außergewöhnliche Verschleißfestigkeit aus und liefern konstant hohe Oberflächengüten – ein Vorteil, der besonders in sensiblen Branchen wie der Luftfahrt oder im Automobilbau gefragt ist. Vollhartmetallwerkzeuge hingegen punkten durch ihre Vielseitigkeit. Sie eignen sich hervorragend für kleinere Serien oder für Prozesse, die ein hohes Maß an Flexibilität erfordern. Ihr Vorteil liegt nicht nur in der guten Zerspanungsleistung, sondern auch darin, dass sie in der Regel kostengünstiger als PKD-Werkzeuge sind. Zudem sind sie besonders dann eine gute Wahl, wenn neben Aluminium auch andere Werkstoffe bearbeitet werden sollen, da sie für eine breitere Palette von Anwendungen geeignet sind.

Geometrie und Oberflächentechnik als Schlüssel zur Performance

Die Werkzeuggeometrie ist entscheidend für die Qualität der Zerspanung. Unsere Fräser verfügen über exakt geschliffene Schneidkanten, eine scharfe Ausspitzung und definierte Schneidkantenverrundungen. Innenliegende Kühlkanäle ermöglichen eine effiziente Versorgung mit Kühlschmierstoff, während flache Drallwinkel und ungleiche Drallsteigungen die Vibrationen minimieren und gleichzeitig den Spanbruch verbessern. Auch die Spankammern wurden speziell für Aluminiumlegierungen ausgelegt, um eine sichere Spanabfuhr zu gewährleisten. Besonders beim Bohren zeigt sich die Stärke unserer Werkzeuge: Die gezielt ausgeführte MMS-Fase an den Schneiden unterstützt die Aerosol-Schmierung optimal und macht die Werkzeuge besonders leistungsfähig in Kombination mit modernen MMS-Systemen.

Ein entscheidender Beitrag zur Werkzeugperformance kommt aus der Oberflächentechnik. Um den hohen Anforderungen an PKD- und VHM-Werkzeuge gerecht zu werden, entwickelte HAM mit dem Hybrid Surface Finish, kurz HSF, eine hybride und technologisch hochkomplexe Lösung. Dabei wird eine definierte Oberflächengüte erzeugt bei gleichzeitiger Schneidkantenhomogenisierung. In Kombination mit einer exakt abgestimmten Schliffgüte entsteht so ein leistungsfähiges Gesamtsystem. Ergänzend kommen PVD-Hartstoffbeschichtungen wie TIN, TIALN, TINALOX oder ALOX zum Einsatz – bei Werkzeugen mit Schaftdurchmessern bis zu 32 Millimetern. Das HSF-Verfahren sorgt für spiegelglatte Oberflächen auf Hartmetall und PKD, bei Durchmessern zwischen 0,5 und 32 Millimetern. Je nach Anwendung werden definierte Schneidkantenpräparationen von 4 bis 20 µm realisiert. Das Ergebnis ist ein Werkzeug, das durchdacht bis ins Detail ist und erst durch die optimale Kombination aller Eigenschaften sein volles Potenzial entfaltet.

Aluminium zerspanen – Potenziale nutzen, Herausforderungen beherrschen

Die Zerspanung von Aluminium ist mehr als nur ein routinierter Fertigungsschritt. Unterschiedliche Legierungen, komplexe Materialeigenschaften und prozessspezifische Anforderungen fordern ein Höchstmaß an Know-how. Wer wirtschaftlich und reproduzierbar fertigen will, muss den gesamten Bearbeitungsprozess im Griff haben – von der Werkstoffauswahl über die optimale Kühlstrategie bis hin zur präzisen Abstimmung von Maschine, Aufspannung und CAM-Programmierung. Nur wenn alle Faktoren ineinandergreifen, lässt sich die hohe Qualität erzielen, die moderne Anwendungen heute voraussetzen.

Mit unserer langjährigen Erfahrung in der Aluminiumzerspanung und unseren hochentwickelten Werkzeuglösungen – vom polykristallinen Diamant bis zum fein abgestimmten Vollhartmetall – bieten wir nicht nur einzelne Komponenten, sondern durchdachte Gesamtlösungen. Technologisch führende Geometrien, eigens entwickelte Oberflächenbehandlungen wie HSF sowie perfekt abgestimmte Beschichtungskonzepte machen unsere Werkzeuge zur ersten Wahl für anspruchsvolle Fertigungsaufgaben. Wer Aluminium effizient und prozesssicher bearbeiten möchte, profitiert von unserer Expertise bis ins kleinste Detail.

Praktische Anwendung

Wie sich Theorie und Praxis optimal verbinden lassen, haben wir in unserem Workshop „Zerspanung ALU – Best of HAMmer“ gezeigt. Zerspant wurde ein Bauteil aus der hochfesten Aluminiumlegierung EN AW-2017A. Diese Legierung zählt zu den aushärtbaren Werkstoffen, die nach einer gezielten Wärmebehandlung, etwa durch Lösungsglühen mit anschließendem Kaltauslagern, ihr volles Festigkeitspotenzial entfalten. Besonders in der Luftfahrt- und Verteidigungsindustrie spielt sie durch ihre hohe mechanische Belastbarkeit und gute Zerspanbarkeit eine zentrale Rolle.

Das Werkstück mit den Abmessungen 200 x 100 x 25 Millimeter wurde auf einer Hermle C12U bearbeitet, gesteuert über eine Heidenhain TNC 640. Für eine prozesssichere und wiederholgenaue Spannung kam ein Nullpunktspannsystem von LANG zum Einsatz. In Kombination mit einer präzisen Werkzeugaufnahme von Diebold auf HSK-A63 Basis konnte eine hohe Stabilität gewährleistet werden. Gefräst wurde mit Minimalmengenschmierung und klassischem Kühlschmierstoff – je nach Bearbeitungsbereich gezielt eingesetzt, um optimale Spanabfuhr und Standzeit zu erreichen.

Wenn alles zusammenspielt, zeigt sich, wie leistungsfähig Aluminium in der richtigen Umgebung sein kann.