Die Aluminiumzerspanung gewinnt insbesondere in der Automobilindustrie an Bedeutung. Dank seines geringen Gewichts ist Aluminium ideal geeignet, um das Gewicht und damit den Kraftstoffverbrauch von Fahrzeugen zu reduzieren. Die große Diversität der zu bearbeitenden Aluminiumlegierungen und ihre unterschiedlichen Eigenschaften, bedingt durch den spezifischen Silizium-Gehalt, stellen dabei eine große Herausforderung für Werkzeughersteller dar.
Insbesondere in der Elektromobilität bietet Aluminium enormes Potenzial. Es kommt vor allem bei der Herstellung von Batteriemodulen, Statoren und anderen leichten Strukturkomponenten zum Einsatz. Durch das geringe Gewicht im Vergleich zu Stahl und anderen Werkstoffen ist es sehr gut geeignet, das Gewicht eines Fahrzeugs erheblich zu reduzieren, was sich positiv auf die Reichweite auswirkt. Allerdings ist Aluminium nicht gleich Aluminium. In der Industrie kommen zumeist Aluminiumlegierungen zum Einsatz mit Kupfer, Magnesium und dem Hauptlegierungselement Silizium (Si) zum Einsatz. Silizium sorgt dabei für sehr gute Gießeigenschaften und ist deshalb ein wichtiger Bestandteil der Legierungen. Die Legierungen variieren in ihren Eigenschaften stark, insbesondere durch unterschiedliche Siliziumgehalte. Das hat Folgen für die Zerspanung.
Herausforderungen bei der Aluminiumzerspanung
Die Bearbeitung von Aluminium erfordert aufgrund seiner Materialeigenschaften spezialisierte Werkzeuge. So benötigen übereutektische Legierungen (> 17 Prozent Silizium-Anteil) extrem robuste Beschichtungen, während Legierungen mit niedrigem Silizium-Gehalt häufig Probleme mit langen Spänen verursachen, die zu Spänestau führen können.
Übereutektische Legierungen mit mehr als 17 Prozent Silizium-Gehalt sind gut geeignet für verschleiß- und wärmebeanspruchte Gussstücke, vor allem im Motorenbau. Sie werden daher vorwiegend zur Herstellung von Kolben sowie von Kurbelgehäuse und Zylinderköpfen verwendet. In der Schmelze verfestigen sich zuerst die Siliziumkristalle, bis anschließend die Restschmelze erstarrt. Das harte und spröde Silizium führt bei der nachfolgenden spanenden Bearbeitung zu erhöhtem Werkzeugverschleiß. Deshalb können hier nur speziell beschichtete Vollhartmetall-Werkzeuge oder teilweise sogar Diamantwerkzeuge eingesetzt werden. Durch spezifisches Spannutdesign und optimierte Beschichtung kann der Verschleiß minimiert werden. Dadurch werden Stillstände vermieden und die Bearbeitungsqualität konstant hochgehalten.
Weniger anspruchsvoll, aber dennoch ein Stresstest für die Werkzeuge, sind Werkstoffe wie die Aluminiumlegierung GD-AlSi9Cu3, mit 9 Prozent Siliziumanteil, die beispielsweise für Getriebegehäuse eingesetzt wird. Hier ist es insbesondere wichtig, die Standwege und Taktzeit zu optimieren. Durch eine vorteilhafte Kombination aus spezieller Werkzeuggeometrie, Beschichtung und polierten Spannuten gelang es Müller in der Praxis, den Standweg zu verdoppeln und die Taktzeit zu halbieren. Dadurch wird die Produktion effizienter, da mehr Teile bearbeitet werden können, bevor ein Werkzeug ausgetauscht werden muss.
Eine Herausforderung ganz anderer Art sind Werkstoffe mit geringem Siliziumgehalt, wie sie beispielsweise bei der Produktion von strukturellen Fahrzeugteilen wie Karosserien genutzt werden. Diese neigen bei der Zerspanung zu sehr langen Spänen, was Wickelspäne und Spänestau zur Folge hat. So erhielt Müller den Auftrag, die Zerspanung des Werkstoffes AlMg0,7Si-T66 mit einem sehr geringen Silizium-Gehalt von 0,7 Prozent für die Herstellung von Lineareinheiten zu optimieren. Die Wickelspäne und der Spänestau mussten zuvor von einem Mitarbeiter händisch behoben werden. Dies war nicht nur ineffizient, sondern verhinderte auch eine vollautomatisierte Fertigung und verzögerte die Produktion durch Stillstände. Durch einen maßgeschneiderten Stufenbohrer mit optimierter Spannut für das Spänemangement gelang es Müller, die Späne signifikant zu verkürzen. So wurden diese gar nicht erst zu einem Problem. Dadurch können sich die Mitarbeiter anderen Aufgaben widmen und es gelang gleichzeitig, die Taktzeit zu halbieren.
Müller achtet bei der Auswahl des passenden Werkzeugs darauf, dass dieses spezifisch auf die Eigenschaften des zu zerspanenden Werkstoffs angepasst wird. Um hohe Qualitätsstandards und lange Haltbarkeit sicher zu stellen, poliert Müller alle seinen Spannuten, egal ob beschichtet oder unbeschichtet. Dadurch wird die Reibung bei der Zerspanung minimiert und die Standzeit erhöht. Alle Werkzeuge von Müller können darüber hinaus nachgeschliffen werden und die Lebenszeit so verlängert werden. Auch bei nachgeschliffenen Werkzeugen werden die Spannuten poliert.
Nachhaltigkeit in der Lieferkette
Insbesondere in der Automobilindustrie, inklusive der Lieferketten, spielen auch die Nachhaltigkeit und die Senkung von CO2-Emissionen eine zentrale Rolle. Müller bietet deshalb für alle seine Werkzeuge eine Wiederaufbereitung an, da die Kreislauffähigkeit von Werkzeugen einen wertvollen Beitrag zu Reduzierung von CO2-Emissionen und Materialverschwendung leisten kann. Bei der Produktion von Hartmetall entstehen hohe CO2-Emissionen. Diese lassen sich vermeiden, wenn ein verschlissenes Werkzeug, das nicht mehr nachgeschliffen werden kann, in ein neues, kleineres Werkzeug umgearbeitet wird.
Wenn ein Werkzeug nicht mehr nachgeschliffen werden kann, schickt es der Kunde an Müller und bestellt eine Alternative. Die Experten bei Müller kappen den verschlissenen Schneidenteil ab, schleifen den unverbrauchten Teil rund und arbeiten die gewünschte Geometrie ein. Anschließend wird gegebenenfalls beschichtet und poliert – und fertig ist das neue Werkzeug aus altem Hartmetall. Die recycelten Werkzeuge haben die gleiche hohe Standzeit wie Neuwerkzeuge. Auch das Nachschleifen ist problemlos möglich. Es gibt also keine Qualitätsunterschiede zu einem Neuwerkzeug. Laut Berechnung basierend auf Durchschnittswerten, die die CO2-Emissionen bei der Produktion von Hartmetall angeben, können so einige Tonnen CO2 jährlich eingespart werden. Konkrete Beispiele aus der Industrie beziffern die Einsparungen auf 14 Tonnen CO2 pro Jahr. Dieser Wert variiert je nach Werkzeugvolumen: Je mehr Werkzeuge recycelt werden, umso mehr CO2 kann eingespart werden.
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