Warum Aluminium besondere Schnittdaten braucht
Aluminium ist einer der am häufigsten CNC-gefrästen Werkstoffe — und gleichzeitig einer der am meisten unterschätzten. Die niedrige Härte (60–120 HB, je nach Legierung) verleitet viele Anwender dazu, mit „irgendwelchen" Parametern zu arbeiten. Das Ergebnis: verstopfte Spannuten, verklebte Späne, Aufbauschneidenbildung und rissige Oberflächen.
Grundlagen zu Schnittparametern und deren Zusammenhang finden Sie in unserem CNC-Fräsen Komplett-Guide. Der vorliegende Ratgeber konzentriert sich gezielt auf die Besonderheiten von Aluminium.
Die zentrale Herausforderung bei Aluminium sind drei physikalische Eigenschaften:
- Hohe Wärmeleitfähigkeit (237 W/m·K) — Wärme wird schnell ins Werkstück und Werkzeug abgeführt. Vorteil: geringere Schneidkantentemperatur. Nachteil: Späne „kleben" leichter an der Schneide bei falscher vc.
- Neigung zur Aufbauschneidenbildung (BUE) — Bei zu niedrigen Schnittgeschwindigkeiten schweißt das weiche Aluminium an der Schneide fest. Die Lösung: hohe vc-Werte (>150 m/min) und polierte Werkzeuge.
- Lange, zähe Späne — Aluminium bildet Fließspäne, die sich in den Spannuten wickeln und den Fräser blockieren können. Lösung: wenige Schneiden (1–2z), große Spanräume und ausreichend Drehzahl.
Empfohlene Schnittdaten nach Legierung
Die folgende Tabelle gibt Richtwerte für VHM-Schaftfräser (Ø 10 mm) mit beschichteter oder polierter Ausführung. Die spezifische Schnittkraft kc1.1 bestimmt die Zerspankraft — sie variiert stark zwischen Knet- und Gusslegierungen:
| Legierung | ISO | vc [m/min] | fz [mm/z] | ap max | kc1.1 [N/mm²] |
|---|---|---|---|---|---|
| AlMg3 (5754) | N | 200–400 | 0,05–0,20 | 1×d | 700 |
| AlMgSi (6082-T6) | N | 200–350 | 0,05–0,15 | 1×d | 750 |
| Al7075-T6 | N | 180–300 | 0,05–0,12 | 0,8×d | 800 |
| AlSi7Mg (A356 Guss) | N | 150–250 | 0,04–0,12 | 0,7×d | 850 |
| AlSi12 (Guss, hochsiliziert) | N | 100–200 | 0,03–0,10 | 0,5×d | 950 |
Richtwerte für VHM-Schaftfräser Ø 10 mm, 2–3 Schneiden, beschichtet/poliert. Für exakte Berechnungen nutzen Sie unseren Schnittdaten-Rechner Fräsen.
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Werkzeugauswahl für Aluminium
Die richtige Werkzeuggeometrie ist bei Aluminium wichtiger als bei Stahl. Drei Punkte entscheiden über Erfolg und Misserfolg:
Aluminium produziert lange Fließspäne, die großen Spanraum benötigen. Einschneider für Nuten und tiefe Taschen, Zweischneider als Allrounder, Dreischneider für Schlichten. Vierschneider nur bei sehr kleinen Zustellungen und kurzen Spänen (z.B. AlSi-Guss).
Polierte Spannuten verhindern das Verkleben der Späne. Der Drallwinkel sollte 35–45° betragen. Beschichtungen wie ZrN oder unbeschichtete, polierte VHM-Fräser sind ideal. TiAlN-Beschichtung ist für Aluminium nicht geeignet — sie erhöht die Reibung.
Vollhartmetall (VHM) ist Standard für die meisten Aluminium-Anwendungen. Für hochsilizierte Gusslegierungen (AlSi ab 10%) und Serienfertigung lohnt sich der Einsatz von PKD-Werkzeugen (Polykristalliner Diamant) — Standzeiten bis 50× länger als VHM.
Kühlung: MMS vs. Emulsion vs. Trocken
Die Kühlstrategie bei Aluminium unterscheidet sich grundlegend von der Stahlbearbeitung. Die Hauptaufgabe des Kühlmediums ist nicht die Temperaturabsenkung (Aluminium leitet Wärme ohnehin gut), sondern die Späneabfuhr und Schmierung.
| Methode | Vorteile | Nachteile | Empfehlung |
|---|---|---|---|
| MMS (Ethanol) | Saubere Oberfläche, keine Flecken | Begrenzte Späneabfuhr | Standard bei vc 200–400 |
| Emulsion 5–8% | Gute Späneabfuhr, Kühlung | Fleckenbildung auf Oberfläche | Schruppbearbeitung, Serien |
| Druckluft (trocken) | Kein Reinigungsaufwand | Nur bei geringer Zustellung | Hobby, Prototypen |
Wichtig: Aluminium reagiert empfindlich auf Kühlmittelrückstände. Bei anodisierten oder eloxierten Oberflächen muss nach der Bearbeitung gründlich gereinigt werden, da Emulsionsrückstände die Beschichtungsqualität beeinträchtigen.
Häufige Fehler beim Aluminium-Fräsen
Diese fünf Fehler sehen wir in der Praxis am häufigsten — und sie kosten Werkzeuge, Zeit und Oberflächenqualität:
- Stahlparameter auf Aluminium übertragen — vc = 80 m/min funktioniert bei Stahl, produziert bei Aluminium aber Aufbauschneiden und verschmierte Oberflächen. Aluminium braucht mindestens 150 m/min (VHM).
- Zu viele Schneiden — 4-schneidige Stahlfräser verstopfen sofort. Der Spanraum reicht nicht für die langen Aluminium-Fließspäne. Maximal 3 Schneiden, besser 1–2.
- TiAlN-beschichtete Werkzeuge einsetzen — TiAlN ist für Stahlbearbeitung optimiert und hat zu hohe Reibung für Aluminium. ZrN-Beschichtung oder unbeschichtet/poliert sind die bessere Wahl.
- Zu geringen Vorschub wählen — Bei fz < 0,03 mm/z reibt das Werkzeug nur noch, statt zu schneiden. Das erzeugt Hitze statt Späne. Lernen Sie mehr über die richtige Vorschubberechnung.
- Kein Gleichlauffräsen — Gegenlauffräsen erzeugt bei Aluminium extreme Aufbauschneiden. Immer Gleichlauf verwenden, außer die Maschine hat Spiel in der Vorschubachse.
Praxisbeispiel: Tasche in AlMgSi 6082-T6
Aufgabe: Eine 40 × 30 mm Tasche, 12 mm tief, in AlMgSi 6082-T6 fräsen. Werkzeug: VHM-Schaftfräser Ø 10 mm, 2 Schneiden, poliert.
vc = 300 m/min (Richtwert AlMgSi, VHM)
n = (300 × 1000) / (π × 10) = 9.549 U/min
Schritt 2: Tischvorschub
fz = 0,10 mm/z, z = 2
vf = 0,10 × 2 × 9.549 = 1.910 mm/min
Schritt 3: Zustellung
ap = 10 mm (1×d), ae = 5 mm (0,5×d)
Q = 10 × 5 × 1.910 / 1000 = 95,5 cm³/min
Schritt 4: 2 Durchgänge
12 mm Tiefe → 1× ap=10mm + 1× ap=2mm Schlichten
Berechnen Sie Ihre eigenen Werte mit dem Schnittdaten-Rechner — dort können Sie auch die Schnittkraft und benötigte Spindelleistung ermitteln.
Oberflächenqualität bei Aluminium
Aluminium ermöglicht exzellente Oberflächengüten — Ra 0,4 µm ist mit VHM-Werkzeugen erreichbar, mit PKD sogar Ra 0,1 µm. Entscheidend sind:
- Hohe Schnittgeschwindigkeit beim Schlichten (vc > 300 m/min für Knetlegierungen)
- Geringer Zahnvorschub (fz = 0,02–0,05 mm/z beim Schlichten)
- Scharfe, unbeschädigte Schneidkante — Verschleißmarkenbreite VB < 0,1 mm
- Gleichlauffräsen mit konstanter Spanungsdicke
Detaillierte Informationen zur Berechnung der erreichbaren Rauheit finden Sie in unserem Oberflächenrauheit-Rechner.