Einführung in die CNC-Bearbeitung von Aluminium

Nur sehr wenige Stoffe können mit der unglaublichen Vielseitigkeit von Aluminium mithalten.Aluminium ist sehr gut bearbeitbar Und relativ billig, wodurch es perfekt für die CNC-Bearbeitung geeignet ist.Hersteller können es drei- oder sogar viermal schneller bearbeiten als andere gängige Bearbeitungsmaterialien wie Stahl und Titan.

Es ist Flexibilität Und beeindruckendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht machen es ideal für den Einsatz als Außenhautpaneele aller Transportarten, von Autos und Zügen bis hin zu Flugzeugen und Booten.

Durch die stärkere Betonung von Kraftstoffeffizienz und „Leichtbau“ hat Aluminium die schwereren Metalle ersetzt, die traditionell zur Herstellung von Komponenten und internen Strukturen verwendet werden.Es ist hohe Korrosionsbeständigkeit Außerdem entfällt der Bedarf an schweren und teuren Korrosionsschutzbeschichtungen, die bei anderen Materialien häufig erforderlich sind.

Darüber hinaus ist Aluminium ungiftig, formbar Und 100 % recycelbar.Aus diesem Grund wird das Metall so häufig für Lebensmittel- und Getränkebehälter, Tabletts, Deckel, Beutel, Beutel und Verpackungen verwendet.

Dank seiner glatte, silberne OberflächenveredelungEs eignet sich auch gut für elektronische Geräte wie Smartphones, Laptops, Tablets und Flachbildfernseher.Es kann sogar in Bauprojekten sowohl als Designmerkmal als auch zur strukturellen Unterstützung eingesetzt werden.

Wenn Sie alle diese Eigenschaften zusammennehmen, erhalten Sie ein Material, das leichter als Stahl, stärker und zuverlässiger als Kunststoff ist. preiswert, leicht verfügbar Und unendlich anpassungsfähig.

Dieser Leitfaden hilft Ihnen zu verstehen:

• Woher kommt Aluminium?

• Was ist CNC-Bearbeitung?

• Welche Arten von Aluminium werden bei der CNC-Bearbeitung verwendet?

• CNC-Bearbeitung von Stahl oder Aluminium?

• Was sind die gängigsten CNC-Bearbeitungsprozesse für Aluminium?

Woher kommt Aluminium?

Aluminium ist das am häufigsten vorkommende Metallelement in der Erdkruste.Die Metallindustrie verhüttet jedes Jahr mehr als 40 Millionen Tonnen und die Hersteller nutzen es in zahlreichen Anwendungen.

Wie die meisten Metalle kommt Aluminium als Erz in Gesteinen der gesamten Erdkruste vor.Bergbauunternehmen gewinnen fast das gesamte Aluminiummetall aus Bauxiterz, das typischerweise 30 bis 60 % Aluminiumoxid (oder Aluminiumoxid) enthält.Der Rest ist eine Mischung aus Kieselsäure, verschiedenen Eisenoxiden und Titandioxid.

Ein zweistufiger Prozess wandelt Aluminiumoxid in Aluminiummetall um:

1. Gewinnung von Aluminiumoxid aus Bauxit

Nahezu das gesamte weltweite Aluminiumoxidangebot ist erzeugt unter Verwendung des Bayer-Verfahrens.Der österreichische Chemiker Carl Josef Bayer entwickelte diese Technik im späten 19. Jahrhundert.

Dabei wird Bauxit zu einem feinen Pulver zerkleinert, mit Wasser vermischt und die Mischung mit Natronlauge erhitzt.Die Natronlauge löst das Aluminiumoxid auf und lässt es durch Filter passieren.

Die Hersteller fügen der Aluminiumoxidlösung Aluminiumhydroxidkristalle hinzu und erhitzen und trocknen die Mischung dann, um Aluminium herzustellen.

2. Schmelzen von Aluminiumoxid zur Herstellung von Aluminiummetall

Zum Riechen AluminiumIn Raffinerien wird Aluminiumoxid in einem fluorierten Bad aufgelöst und mithilfe von elektrischem Strom in einem Prozess namens Elektrolyse in metallisches Aluminium und Sauerstoff zerlegt.Anschließend sammeln sie das Aluminium und bringen es zu einem Ofen, wo sie es mit recyceltem Aluminiummaterial kombinieren und bis zum Schmelzen erhitzen.

Anschließend wird es in Formen gegossen oder mechanisch in verschiedene Formen extrudiert.Am gebräuchlichsten sind Bleche, Knüppel, Stangen, Rohre, Platten, Stangen und Drähte.Diese werden dann in verschiedene Formen und Größen geschnitten und an ein anderes Unternehmen oder einen anderen Hersteller geliefert, der sie zu unzähligen Produkten weiterverarbeitet.

Was ist CNC-Bearbeitung?

A CNC-Maschine kombiniert traditionelle Fertigungstechniken mit einem computergestützten numerischen Steuerungssystem (CNC).Dadurch ist es möglich, Ausgangsmaterial zu Objekten zu schneiden und zu formen, die manuell unmöglich oder zu zeit- und kostspielig zu erreichen wären.

Durch die Computersteuerung wird ein äußerst hohes Maß an Präzision erreicht.Dies führt zu größerer Genauigkeit, Konsistenz, Produktivität, Kontrolle und Gestaltungsfreiheit bei weniger Abfall.

Die ersten numerisch gesteuerten Maschinen wurden Ende der 1940er Jahre entwickelt, indem den bereits verwendeten Geräten Motoren hinzugefügt wurden.Das Aufkommen von Computern in den 1960er Jahren führte zur Entwicklung moderner CNC-Maschinen.

Am häufigsten verwendet CNC-Maschinen sind Fräs- und Bohrmaschinen, Drehmaschinen sowie Plasma-, Laser- und Wasserschneider.

Diese Maschinen führen allesamt sogenannte „subtraktive“ Fertigungsmethoden aus.Dies bedeutet, dass während des Prozesses Material von einem Werkstück abgetragen (abgezogen) wird.

Welche Arten von Aluminium werden bei der CNC-Bearbeitung verwendet?

In seiner reinen Form ist Aluminium formbar, beständig gegen die meisten Formen der Korrosion, nicht magnetisch und ein ausgezeichneter Wärme- und Stromleiter.Für die meisten kommerziellen Anwendungen ist es jedoch zu schwach.

Eine höhere Festigkeit wird erreicht, indem geschmolzenes Aluminium mit anderen Elementen wie Kupfer, Lithium, Magnesium, Mangan, Silizium und Zink zu einer Legierung kombiniert wird.Diese Legierungen verbessern auch die anderen natürlichen Eigenschaften von Aluminium zusätzlich.

Die am häufigsten verwendeten Legierungen CNC-Bearbeitung von Aluminium fallen in drei Gruppen:

Aluminiumgusslegierungen– „Gegossen“ bedeutet, dass es im geschmolzenen oder flüssigen Zustand geformt wird.Hersteller stellen diese Art von Legierung her, indem sie geschmolzenes Aluminium in eine Form gießen und abkühlen lassen.Aluminiumgusslegierungen sind erschwinglich, vielseitig, leicht, langlebig und leistungsfähig bei hohen Temperaturen.

Die Automobilindustrie ist der größte Abnehmer von Gusslegierungen und macht rund zwei Drittel des in Autos verwendeten Aluminiums aus.Zu den Teilen aus Gusslegierungen gehören Motorteile, Gehäuse, Lenksäulen und zunehmend auch Strukturträger.Weitere häufige Verwendungszwecke sind Kochgeschirr, Maschinenkomponenten und Handwerkzeuge.

Gusslegierungen sind aufgrund ihres niedrigen Schmelzpunkts kostengünstiger in der Herstellung und können dank der Flexibilität der Formen ein breiteres Formenspektrum erzeugen.Allerdings haben sie tendenziell eine geringere Zugfestigkeit als Knetlegierungen, sind nicht so leicht zu bearbeiten und beanspruchen Schneidwerkzeuge stärker.

Aluminium-Lithium-Legierungen (Al-Li).—Lithium ist das elementare Metall mit der geringsten Dichte, wodurch diese Art von Legierung deutlich leichter ist als reines Aluminium oder andere Materialien.Aufgrund dieser Eigenschaft verwendet die Luft- und Raumfahrtindustrie Al-Li-Legierungen hauptsächlich für untere Flügelhäute, innere Flügelstrukturen, Rümpfe und Lüfterblätter.Man findet sie auch in Rennwagen und Weltraumraketen.

Die Gewichtsvorteile von Al-Li-Legierungen werden durch ihre geringere Bearbeitbarkeit und geringere Bruchzähigkeit (die Fähigkeit eines Materials mit einem Riss, einer weiteren Rissbildung zu widerstehen) zunichte gemacht.Sie werden in relativ kleinen Mengen hergestellt und sind daher auch teurer.

Knetlegierungen aus Aluminium– Geschmiedet bedeutet, dass es im festen Zustand geformt wird.Diese Art von Legierung wird hergestellt, indem geschmolzenes Aluminium zu Knüppeln oder großen Brammen geformt wird und diese Blöcke dann mithilfe von Werkzeugen in Form gewalzt, geschmiedet, gestanzt oder extrudiert werden.

Knetlegierungen sind das am häufigsten verwendete Material CNC-Bearbeitung von Aluminium.Dies liegt an ihren im Vergleich zu Gusslegierungen überlegenen mechanischen Eigenschaften und struktureller Integrität.Sie lassen sich leichter bearbeiten, haben eine bessere Oberflächengüte und sind an den Kanten von Schneidwerkzeugen weniger verschleißfest.

CNC-Bearbeitung von Stahl im Vergleich zu Aluminium

Aluminium und Stahl sind die am häufigsten verwendeten Metalle in der CNC-Bearbeitung.Die Wahl des richtigen Geräts für eine bestimmte Anwendung hängt von fünf Faktoren ab:

1. KOSTEN — Weichstähle und Kohlenstoffstähle sind im Allgemeinen günstiger als Aluminiumlegierungsäquivalente.Edelstahl hingegen ist tendenziell teurer.Der Metallpreis variiert jedoch je nach weltweiter Nachfrage und den Kosten für Rohstoffe, Energie und Versand.

Bei der Betrachtung der Kosten ist es auch wichtig, die Haltbarkeit eines Materials zu berücksichtigen.Eine Entscheidung, die kurzfristig Geld sparen könnte, könnte langfristig mehr kosten.

2. KORROSIONSBESTÄNDIGKEIT — Sowohl Aluminium als auch Edelstahl sind äußerst beständig gegen Rost und Korrosion.Allerdings ist Edelstahl eine teurere Option.Hersteller oder Endverbraucher müssen jede andere Stahlsorte lackieren, behandeln oder beschichten, um sie zu schützen, insbesondere wenn sie beabsichtigen, das fertige Teil den Elementen auszusetzen.Diese Beschichtungen bedeuten zusätzliches Gewicht und Kosten und müssen außerdem regelmäßig und mit höherem Aufwand neu aufgetragen werden.

3. GEWICHT — Aluminium ist zwei- bis dreimal leichter als Stahl.Fast jedes Unternehmen ist bestrebt, die gleiche oder eine bessere Produktleistung zu erzielen und gleichzeitig leichtere Materialien zu verwenden.Dieser „Leichtbau“-Trend hat dazu geführt, dass Hersteller viele zuvor aus Stahl gefertigte Teile durch Aluminium ersetzen.

4. STÄRKE — Stahl ist zwar schwerer als Aluminium, aber dadurch ein viel haltbareres Material.Stahl ist unglaublich stark und es ist unwahrscheinlich, dass er sich unter Kraft, Hitze oder Gewicht verzieht, verbiegt oder anderweitig verformt.Darüber hinaus ist die Oberfläche von Aluminium im Vergleich zu Stahl anfälliger für Kratzer und Dellen.

5. BEARBEITBARKEIT — Aufgrund seiner geringeren Dichte als Stahl kann Aluminium drei- oder sogar viermal schneller bearbeitet werden.Aluminium kühlt außerdem schneller ab als Stahl;Dies reduziert die Bearbeitungsdauer eines Teils (Zykluszeit) und die erforderliche Kühlmittelmenge.

Im Vergleich zu Stahl erfordert Aluminium eine deutlich geringere Schnittkraft.Dies reduziert den Verschleiß der Schneidwerkzeuge und trägt dazu bei, dass diese länger scharf bleiben.Es ist auch möglich, Aluminium auf kleineren und damit potenziell kostengünstigeren Maschinen zu CNC zu bearbeiten.

Was sind die gängigsten CNC-Bearbeitungsprozesse für Aluminium?

CNC-Fräsmaschinen sind die gebräuchlichste und vielseitigste Art Bearbeitung von Aluminiumteilen.Die Maschine verwendet rotierende Schneidwerkzeuge, um effizient und präzise Material aus einem stationären Materialblock zu schnitzen.

Herkömmliche Fräsmaschinen verwandelten sich in den 1960er Jahren dank der Einführung computernumerischer Steuerungssysteme (CNC), automatischer Werkzeugwechsler und Werkzeugkarussells in „Bearbeitungszentren“.Diese Maschinen sind in 2- bis 12-Achsen-Konfigurationen erhältlich, wobei 3- bis 5-Achsen-Konfigurationen am häufigsten verwendet werden.

CNC-Metalldrehmaschinen, oder CNC-MetalldrehzentrenHalten Sie ein Werkstück fest und drehen Sie es, während ein Werkzeugkopf ein Schneidwerkzeug oder einen Bohrer dagegen hält.Diese Maschinen ermöglichen einen sehr präzisen Materialabtrag und werden von Herstellern in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt.

Zu den typischen Dreharbeiten gehören Bohren, Formen, Schlitzen, Gewindeschneiden, Gewindeschneiden und Verjüngen.CNC-Metalldrehmaschinen ersetzen aufgrund ihrer einfachen Einrichtung, Bedienung, Wiederholbarkeit und Genauigkeit schnell ältere, eher manuelle Produktionsmodelle.

CNC-Plasmaschneider Erhitzen Sie Druckluft auf eine sehr hohe Temperatur, um einen „Plasmalichtbogen“ zu erzeugen, der Metall mit einer Dicke von bis zu 15 cm schmelzen kann.Blattmaterial wird flach gegen einen Schneidtisch gehalten und ein Computer steuert den Weg des Brennerkopfes.Die Druckluft bläst die heiße Metallschmelze weg und schneidet dabei das Material durch.Plasmaschneider sind schnell, präzise, ​​relativ einfach zu bedienen und erschwinglich Hersteller verwenden sie iIn vielen Branchen.

CNC-Lasermaschinen Das Material wird entweder geschmolzen, verbrannt oder verdampft, um eine Schnittkante zu erzeugen.Ähnlich wie bei einem Plasmaschneider wird Blattmaterial flach gegen einen Schneidtisch gehalten und ein Computer steuert den Weg des Hochleistungslaserstrahls.

Laserschneider verbrauchen weniger Energie als Plasmaschneider und sind präziser, insbesondere beim Schneiden dünner Bleche.Allerdings sind nur die leistungsstärksten und teuersten Laserschneider in der Lage, dicke oder dichte Materialien zu durchtrennen.

CNC-Wasserschneider Verwenden Sie Wasserstrahlen mit extrem hohem Druck, die durch eine schmale Düse gedrückt werden, um das Material zu durchschneiden.Wasser allein reicht aus, um weiche Materialien wie Holz oder Gummi zu durchschneiden.Um harte Materialien wie Metall oder Stein zu durchtrennen, mischen die Bediener normalerweise eine abrasive Substanz Witzh Wasser.

Wasserschneider erhitzen kein Material wie Plasma- und Laserschneider.Dies bedeutet, dass es bei hohen Temperaturen nicht zu Verbrennungen, Verformungen oder Veränderungen kommt Struktur.Es trägt außerdem dazu bei, Abfall zu reduzieren, und ermöglicht es, aus einem Blatt geschnittene Formen näher beieinander zu platzieren (oder zu verschachteln).