Spezialisiert auf CNC-Bearbeitung, 3D-Druck, Urethanguss, Rapid Tooling, Spritzguss, Metallguss, Blech und Extrusion.

Der ultimative Leitfaden zur CNC-Bearbeitung von Aluminium

23. Februar 2024

AN-Prototype ist ein führender Anbieter von CNC-Bearbeitungsdienstleistungen für Aluminium in China. Wir verfügen über ein Team hochqualifizierter Ingenieure, Maschinisten und Qualitätskontrollspezialisten, die in der Lage sind, Aluminiumteile mit Genauigkeit und Präzision herzustellen. In diesem Artikel werden einige der wichtigsten Vorteile der CNC-Bearbeitung von Aluminium erläutert – was es zu einem unserer umfangreichsten Prototyping- und Produktionsprozesse macht – und gleichzeitig Tipps für die CNC-Bearbeitung von Aluminium gegeben.

AN-Prototype CNC-Bearbeitung von Aluminium

Preis: $ $
Toleranzen: 0.005 mm
Wandstärke: 0.5 mm
Lieferzeit < 10 Tage
ISO 9001 und ISO 13485 zertifiziert
3-Achsen-, 4-Achsen-, 5-Achsen-CNC-Bearbeitung
Maximale Teilegröße: 2000 * 1300 * 600 mm

Die Eigenschaften einer Aluminiumlegierung

Aluminium ist ein starkes, nicht magnetisches und kostengünstiges metallisches Material. Es verfügt über gute mechanische Eigenschaften und Duktilität. Aufgrund seiner Duktilität kann es zu Aluminiumfolie verarbeitet werden, während seine Duktilität das Ziehen von Aluminium zu Stäben und Drähten ermöglicht. Aluminium ist außerdem äußerst korrosionsbeständig, da sich auf natürliche Weise eine schützende Oxidschicht bildet, wenn der Aluminiumblock der Luft ausgesetzt wird. Die natürliche Schutzschicht von Aluminium macht es korrosionsbeständiger als Kohlenstoffstahl. Darüber hinaus ist Aluminium ein guter Wärme- und Stromleiter, besser als Kohlenstoffstahl und Edelstahl. Aluminium lässt sich schneller und einfacher CNC-bearbeiten als Stahl und Titan, und sein Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht macht es zu einer der besten Optionen für viele Anwendungen, die ein starkes, hartes Material erfordern. Aluminium ist mit Abstand das am häufigsten vorkommende metallische Element in der Erdkruste und wird deshalb in vielen Gegenständen verwendet, denen wir täglich begegnen. Tatsächlich ist Aluminium das am häufigsten verwendete Nichteisenmetall, das sowohl in alltäglichen Gegenständen wie Aluminiumfolie oder Aluminiumdosen als auch in extrem anspruchsvollen Anwendungen wie Teilen von Raumfahrzeugen und U-Booten vorkommt.

Natürlich hat Aluminium einige Nachteile: Es ist nicht so hart wie Stahl, was es zu einer schlechten Wahl für Teile macht, die stärkeren Stößen ausgesetzt sind oder eine extrem hohe Belastbarkeit aufweisen. Aluminium hat außerdem einen deutlich niedrigeren Schmelzpunkt (660 °C im Vergleich zum niedrigeren Schmelzpunkt von Stahl von etwa 1400 °C), sodass es extremen Hochtemperaturanwendungen nicht standhalten kann.

Aluminium ist ein beliebtes Material für die CNC-Bearbeitung

Die CNC-Bearbeitung ist eine traditionelle Fertigungstechnik, bei der Bohrer und Drehwerkzeuge verwendet werden, um Teile durch Materialabtrag aus einem massiven Materialblock herzustellen. Der Prozess ist schnell und hoch wiederholbar und eignet sich daher ideal für die Herstellung komplexer Teile mit engen Toleranzen. Mit der CNC-Bearbeitung können nahezu alle Materialien bearbeitet werden, von Kunststoffen über Metalle bis hin zu Glasfasern, wobei Aluminium eine beliebte Wahl ist. Iterationen von CNC-Maschinen haben die Aluminiumbearbeitung viel einfacher gemacht, aber das bedeutet nicht, dass die Herstellung von Aluminiumteilen einfacher ist als früher. Da heute viele Aluminiumsorten (oder -legierungen) auf dem Markt sind, hängt der Erfolg Ihres CNC-Aluminiumprojekts von der Auswahl der am besten geeigneten Aluminiumlegierung und des am besten geeigneten CNC-Bearbeitungsverfahrens ab. Nur wenige Metalle oder Kunststoffe können mit der unglaublichen Vielseitigkeit von Aluminium mithalten. Die CNC-Bearbeitung von Aluminium ist drei- bis viermal schneller als die Bearbeitung anderer gängiger Materialien wie Stahl und Titan.

Die Flexibilität und das beeindruckende Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht machen Aluminium ideal für die Verwendung als Außenhaut für alles, von Autos und Zügen bis hin zu Flugzeugen und Schiffen. Durch die heutige stärkere Betonung von Kraftstoffeffizienz und „Leichtgewicht“ hat Aluminium „Schwermetalle“ wie Edelstahl und Kohlenstoffstahl ersetzt, die traditionell bei der Herstellung von Komponenten und internen Strukturen verwendet werden. Durch die hohe Korrosionsbeständigkeit von Aluminium entfallen außerdem die sperrigen und teuren Korrosionsschutzbeschichtungen, die bei anderen Materialien häufig erforderlich sind.

Dank seiner glatten Silberoberfläche eignet es sich auch perfekt für elektronische Geräte wie Smartphones, Laptops, Tablets und Flachbildfernseher. Beispielsweise besteht das Handygehäuse von Apple aus Aluminium. Aluminium ist ein Material, das leichter als Stahl, fester als Kunststoff, zuverlässiger, kostengünstiger, leicht verfügbar und unendlich anpassungsfähig ist.

Aluminium lässt sich leicht CNC-bearbeiten, sodass es mit einer CNC-Maschine schnell und präzise geschnitten werden kann. Dies führt zu einigen wünschenswerten Ergebnissen: erstens weniger Zeit für die CNC-Bearbeitung, was sie kostengünstiger macht (da der Maschinist weniger Arbeitskräfte benötigt und die Maschine selbst weniger Zeit für den Betrieb benötigt); Zweitens bedeutet eine gute Zerspanbarkeit eine geringere Verformung des Teils, wenn das CNC-Schneidwerkzeug das Werkstück schneidet. Dies ermöglicht Maschinen die Einhaltung engerer Toleranzen (bis zu ±0.005 mm) und führt zu höherer Präzision und Wiederholgenauigkeit.

Die elektrische Leitfähigkeit von Aluminium bestimmt seine Verwendung bei der Herstellung elektrischer Komponenten. Obwohl es nicht so leitfähig ist wie Kupfer, hat reines Aluminium bei Raumtemperatur eine Leitfähigkeit von etwa 37.7 Millionen Siemens pro Meter. Legierungen haben möglicherweise eine geringe elektrische Leitfähigkeit, Aluminiummaterialien sind jedoch deutlich leitfähiger als Materialien wie Edelstahl.

CNC-bearbeitete Aluminiumteile erfreuen sich insbesondere in der Unterhaltungselektronikindustrie großer Beliebtheit, nicht nur wegen der Festigkeits- und Gewichtsanforderungen, sondern auch wegen der wachsenden ästhetischen Ansprüche der Menschen. Aluminium wird eloxiert, um sowohl eine schützende Oxidschicht zu verleihen als auch eine farbenfrohe Ästhetik zu erzielen. Apple stellt beispielsweise verschiedene Arten von Mobiltelefongehäusen her, die alle eloxiert sind.

Aluminium kann zu über 95 % recycelt werden und eignet sich daher besser für Unternehmen, die ihre Umweltbelastung minimieren möchten. Recycelbare Materialien sind für die CNC-Bearbeitung sehr wichtig, da bei der CNC-Bearbeitung viel Abfall in Form von Spänen anfällt.

Aluminium-CNC-Bearbeitungstechnologie

CNC Fräsen

Beim CNC-Fräsen wird ein computergesteuertes System in Kombination mit einem Schneidwerkzeug oder Fräser verwendet, um Material aus einem massiven Block zu schneiden und so Teile aus Materialien wie Metall, Kunststoff, Holz und Glasfaser herzustellen.

CNC-Drehen

Beim CNC-Drehen wird eine Materialstange in einem Spannfutter gehalten und gedreht, während ein Werkzeug in das Werkstück eingeführt wird und Material entfernt, um das Teil in der gewünschten Form zu erzeugen. Bei CNC-Drehteilen handelt es sich meist um kreisförmige Teile.

CNC-gefräste Aluminiumsorten

Das in CNC-Bearbeitungsprojekten verwendete Aluminium ist nicht rein – es enthält stets geringe Mengen an Legierungselementen. Diese Legierungselemente verleihen dem Aluminium zusätzliche Festigkeit und Härte. Aluminiumlegierungen bestehen nach wie vor zu 99 bis 99.6 Gewichtsprozent aus Aluminium (dem Element), die restlichen Anteile setzen sich aus gängigen Materialien wie Silizium, Mangan, Magnesium, Kupfer und Zink zusammen. Durch geringfügige Anpassung des Gehalts an Legierungselementen lassen sich unzählige Aluminiumlegierungen herstellen. Einige Zusammensetzungen haben sich jedoch als vorteilhafter erwiesen als andere. Diese gängigen Aluminiumlegierungen werden nach den wichtigsten Legierungselementen gruppiert. Jede Serie weist bestimmte gemeinsame Eigenschaften auf. Beispielsweise können Aluminiumlegierungen der Serien 3000, 4000 und 5000 nicht wärmebehandelt werden, weshalb Kaltverformung, auch bekannt als Kaltverfestigung, zum Einsatz kommt. AN-Prototype fasst die Eigenschaften von acht Aluminiumlegierungen basierend auf jahrelanger Erfahrung in der CNC-Bearbeitung von Aluminium zusammen.

1xxx-Aluminiumlegierungen sind die reinste Form von Aluminium und enthalten mindestens 99 Gewichtsprozent Aluminium. Theoretisch gibt es keine weiteren Legierungselemente. Aluminium 1199 besteht beispielsweise zu 99.99 Prozent aus Aluminium und wird häufig zur Herstellung von Aluminiumfolie verwendet. Aluminiumlegierungen der 1000er-Serie sind die weichsten Aluminiumsorten, können jedoch aushärten, was bedeutet, dass sie bei wiederholter Verformung fester werden.

Die Aluminiumlegierungen der Serie 2000 verwenden Kupfer als Hauptlegierungselement. Diese Aluminiumsorte kann gehärtet werden und ist nahezu so fest wie Stahl. Bei der Ausscheidungshärtung wird ein Metall so stark erhitzt, dass Ausscheidungen anderer Metalle aus der Lösung des Metalls austreten (während das Metall fest bleibt) und zur Erhöhung der Streckgrenze des Metalls beitragen. Allerdings weisen 2xxx-Aluminiumsorten aufgrund des Kupferzusatzes eine geringere Korrosionsbeständigkeit auf. 2024-Aluminium enthält außerdem Mangan und Magnesium und wird häufig in Teilen für die Luft- und Raumfahrt verwendet.

3xxx-Aluminiumlegierungen enthalten Mangan als wichtigsten Zusatz. Diese Aluminiumlegierungen können auch gehärtet werden (dies ist notwendig, um eine ausreichende Härte zu erreichen, da das Aluminium der 3000er-Serie nicht wärmebehandelt werden kann). Aluminium 3004 enthält außerdem Magnesium, eine Legierung, die üblicherweise in Aluminium-Getränkedosen und ihren gehärteten Varianten verwendet wird. Unter ihnen ist 3004-Aluminium ein übliches Metall, das zur Herstellung von Getränkedosen und deren Deckeln verwendet wird.

Das Hauptlegierungselement von Aluminium der 4000er-Serie ist Silizium. Silizium senkt den Schmelzpunkt von Aluminium der Güteklasse 4xxx. 4043-Aluminium wird als Füllstabmaterial zum Schweißen von Aluminiumlegierungen der 6000er-Serie verwendet, während 4047-Aluminium im Bauwesen als Platten und Verkleidungen verwendet wird.

Magnesium ist das Hauptlegierungselement der 5000er-Serie. Die Aluminiumlegierungen der Serie 5000 weisen die beste Korrosionsbeständigkeit auf und werden daher häufig in Schiffsanwendungen oder anderen Situationen mit extremen Umgebungsbedingungen eingesetzt. 5083 Aluminium ist ein Metall, das häufig in Schiffsteilen verwendet wird.

Die Hauptlegierungselemente der Aluminiumlegierungen der 6000er-Serie sind Magnesium und Silizium. Die Aluminiumlegierungen der Serie 6000 lassen sich im Allgemeinen leicht CNC-bearbeiten und können ausscheidungsgehärtet werden. Insbesondere 6061 ist eine der am häufigsten verwendeten Aluminiumlegierungen und weist zudem eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf.

Das Hauptlegierungselement der Aluminiumlegierungen der Serie 7000 ist Zink, manchmal mit Kupfer, Chrom und Magnesium, und kann durch Ausscheidungshärtung die stärkste aller Aluminiumlegierungen sein. Die 7000er-Serie wird aufgrund ihrer hohen Festigkeit häufig in Luft- und Raumfahrtanwendungen eingesetzt. 7075 ist eine gängige Sorte mit höherer Korrosionsbeständigkeit als die Aluminiumlegierungen der Serie 2000. Aluminium 7075 eignet sich besonders für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt.

Die 8000er-Serie ist ein Überbegriff für andere Klassen von Aluminiumlegierungen. Die Aluminiumlegierungen der 8000er-Serie enthalten viele weitere Elemente, darunter Eisen und Lithium. Beispielsweise enthält 8176-Aluminium 0.6 Gewichtsprozent Eisen und 0.1 Gewichtsprozent Silizium und wird häufig zur Herstellung von Drähten verwendet.

Üblicherweise Aluminiumlegierungen für CNC-Bearbeitungsprojekte

Obwohl die Auswahl vielfältig ist, eignen sich nur einige Aluminiumlegierungen für die CNC-Bearbeitung. Basierend auf der jahrelangen Erfahrung von AN-Prototype in der CNC-Bearbeitung und Rapid Manufacturing sind die folgenden die beliebtesten Aluminiumlegierungen für CNC-Projekte:

Aluminium 6061-T6

6061-T6 ist die beliebteste Aluminiumlegierung und wird von den meisten Rapid-Manufacturing-Unternehmen als Standardgüte für die CNC-Bearbeitung verwendet. 6061-T6 eignet sich hervorragend für allgemeine Zwecke, lässt sich leicht CNC-bearbeiten und kann verschiedenen Wärmebehandlungen unterzogen werden. Zu den üblichen Anwendungen gehören Fahrradrahmen, Ventile, Automobilteile und mehr.

Aluminium 7075-T6

7075-T6 ist für sein hervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht bekannt und kann in seiner Härte sogar mit einigen weicheren Stählen mithalten. Der 7075-T6 wird häufig in der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie in der militärischen Verteidigungsindustrie eingesetzt. Zu den häufigsten Anwendungen gehören Flugzeugzubehör, Panzer, Hochleistungsfahrräder und mehr. Aluminium 7075-T6 ist viel teurer als 6061 T6.

Aluminium 2024-T4

Aluminium 2024-T4 ist eine mittel- bis hochfeste Legierung mit guter Ermüdungsbeständigkeit und Bruchzähigkeit. Aluminium 2024-T4 ist nicht so stark wie 7075-T6, eignet sich aber dennoch für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt. Zu den üblichen Anwendungen gehören Flugzeugrümpfe, Transportfahrzeugteile und Tragflächen. 2024-T4 weist eine schlechte Korrosionsbeständigkeit auf und reagiert sehr empfindlich auf Temperaturschocks.

Aluminium MIC 6

Aluminium MIC 6 wurde speziell für die Herstellung stabiler, hochbeständiger Bleche mit überzeugenden Zugentlastungseigenschaften, hervorragender Präzision und hoher Bearbeitbarkeit entwickelt. Aluminium MIC 6 ist außerdem umweltfreundlich und porenfrei und wird häufig in der Elektronik verwendet. Der Nachteil ist, dass MIC 6-Threads nicht so stark sind wie 6061-Threads.

Aluminium 6082

Aluminium 6082 hat ähnliche Eigenschaften wie Aluminium 6061, weist jedoch eine höhere Festigkeit, die höchste Festigkeit aller Legierungen der 6000er-Serie und eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf. Aluminium 6082 eignet sich gut für die Bauindustrie und ist in vielen Brücken, Türmen und Fachwerken zu finden. Es ist erwähnenswert, dass es schwierig ist, aus Aluminium 6082 dünnwandige Teile herzustellen.

Aluminium 5083-T6

5083-T6-Aluminium ist für seine außergewöhnliche Leistung unter extremen Bedingungen bekannt. Diese Aluminiumsorte ist in Meeres- und chemischen Umgebungen sehr korrosionsbeständig. Der 5083 ist nicht für den Einsatz in Umgebungen über 65 °C geeignet. Der 5083 verfügt über ein breites Anwendungsspektrum im Kryo-Markt. Es ist auch ideal für Schiffsanwendungen, chemische Anwendungen, Teile von Transportfahrzeugen, Druckgeräte und mehr.

Konditionierung und Oberflächenbehandlung von Aluminium

Wärmebehandlung: Aluminium ist ein weicheres Metall als Stahl. Die Wärmebehandlung ist ein Verfahren, das die chemischen Eigenschaften von Metallen verändert und eine effektive Methode zur Erhöhung der Härte und Festigkeit von Aluminium darstellt. Aluminium der Serien 2xxx, 6xxx und 7xxx kann wärmebehandelt werden. Die Serien 3xxx, 4xxx und 5xxx lassen sich nur durch Kaltverformung in Festigkeit und Härte verbessern. Die Aluminiumsorten werden mit unterschiedlichen Bezeichnungen versehen, um die angewandte Wärmebehandlung zu kennzeichnen.

F bedeutet, dass das Material keiner Wärmebehandlung unterzogen wurde.
H zeigt an, dass das Material eine gewisse Kaltverfestigung erfahren hat, ob gleichzeitig mit der Wärmebehandlung oder nicht. Die Zahl hinter „H“ gibt die Art der Wärmebehandlung und die Härte an.
O zeigt an, dass das Aluminium geglüht wurde, wodurch Festigkeit und Härte verringert, aber Zähigkeit und Duktilität erhöht wurden.
T gibt an, dass das Aluminium wärmebehandelt wurde, und die Zahl nach „T“ gibt die Einzelheiten des Wärmebehandlungsprozesses an. Beispielsweise wird Al 6061-T6 lösungsgeglüht.

Finishing-Services

Eloxieren

Beim Eloxieren handelt es sich um einen elektrochemischen Prozess, bei dem ein Aluminiumteil in eine verdünnte Schwefelsäurelösung getaucht und eine elektrische Spannung angelegt wird, um die Oberfläche des Teils in eine harte, nicht elektroreaktive Aluminiumoxidbeschichtung umzuwandeln, die einen starken Korrosionsschutz bietet und die Korrosionsbeständigkeit erhöht . Das Gesamterscheinungsbild des Metallteils.

Protolabs bietet drei Arten der Aluminiumeloxierung an:

Chromsäure Typ I: Bildet eine hauchdünne, aber dennoch widerstandsfähige Beschichtung. Wird häufig für Schweißteile und Baugruppen sowie als Grundierung vor dem Lackieren verwendet. Wie alle eloxierten Oberflächen ist sie nichtleitend.

Schwefelsäure Typ II : Härter als Typ I, bietet sie eine extrem widerstandsfähige Oberfläche. Anwendungsbeispiele: Karabinerhaken, Taschenlampengriffe, Motorradteile und Hydraulikventilgehäuse.

Typ III – Hartanodisierung oder Hartbeschichtung: Dies ist die dickste und härteste verfügbare Anodisierung und findet breite Anwendung bei Teilen und Produkten in der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt, dem Schwermaschinenbau, der Schifffahrtsindustrie, der allgemeinen Fertigung sowie im Militär- und Strafverfolgungsbereich.

Anwendung verschiedener Qualitäten von Aluminiumlegierungen

Luft- und Raumfahrt/Flugzeuge

Die folgenden Aluminiumlegierungen zeichnen sich durch Eigenschaften wie hohe Festigkeit, geringes Gewicht und effiziente Wärmeübertragung aus und werden häufig in Luft- und Raumfahrtanwendungen eingesetzt.

Marine / Offshore

Nicht wärmebehandelbare Legierungen (Serie 5000) werden aufgrund ihrer hohen Korrosionsbeständigkeit für Schiffsanwendungen bevorzugt. Magnesium erhöht die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit von Aluminiumlegierungen und verbessert die Schweißbarkeit. In Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit, unter Wasser und Salzwasser sind Legierungen der Serie 5000 beliebt:

Automobilindustrie

Für Automobilhersteller sind Aluminiumlegierungen die erste Wahl für Karosserieaußenteile und andere Komponenten.

Fahrrad

Die folgenden Materialien werden aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer hohen Festigkeit für Fahrradrahmen und -teile bevorzugt.

Auswahl der richtigen Aluminiumlegierung für CNC-Projekte

Wenn sich der Konstrukteur für die Verwendung von Aluminium als Herstellungsmaterial für das Teil entscheidet, eignen sich die Aluminiumlegierungen 2024-T4, 7075-T6 und 6082 am besten für Hochleistungsanwendungen, während 6061 und MIC 6 in den meisten Fällen verwendet werden können.

Da die CNC-Bearbeitung so vielseitig ist, kann es für Ingenieure eine Herausforderung sein, die Auswahl der passenden Materialien für ein bestimmtes Projekt einzugrenzen. Dank jahrzehntelanger Erfahrung in der schnellen Fertigung unterstützt das Expertenteam von AN-Prototype jeden Konstrukteur bei der Materialwahl. AN-Prototype begleitet jeden Kunden im gesamten Fertigungsprozess und hilft ihm, die gewünschten Ergebnisse zu erzielen – die Materialauswahl erfüllt alle wichtigen Anforderungen. Kontaktieren Sie uns noch heute – wir setzen Ihre Idee schnellstmöglich in die Realität um.

Martin.Mu