Sandvik bietet Lösungen für die Herausforderungen der Aluminiumbearbeitung im Automobilbau

Um die Effizienz und Leistungsfähigkeit der Komponenten von Elektroautos zu verbessern, greifen Automobilhersteller auf Werkstoffe wie Aluminium zurück, deren Bearbeitung jedoch eine Reihe von Herausforderungen mit sich bringt.

Die Bearbeitung von Aluminium ist seit jeher eine anspruchsvolle Aufgabe. Und auch heute noch machen die Verwendung von Silizium in Aluminiumstrukturen und die Unterschiede in Festigkeit und Zusammensetzung die Bearbeitung des Werkstoffs komplex. Parallel dazu müssen Automobilhersteller mit der steigenden Nachfrage nach Aluminium in EV-Komponenten Schritt halten und diese effizient, mit engen Toleranzen und in höchster Qualität herstellen.

Um diese Ziele zu erreichen, sind innovative Bearbeitungsverfahren erforderlich. So ist beispielsweise die Trockenbearbeitung notwendig, um die Bildung von Kühlmittelrückständen zu vermeiden, die die Bauteilqualität beeinträchtigen könnten. Darüber hinaus stellt die Bearbeitung dünnwandiger Aluminiumbauteile, wie sie in Batteriegehäusen von Elektrofahrzeugen vorkommen, aufgrund ihrer Fragilität ein zusätzliches Problem dar.

Dünnwandige Bauteile sind während der Bearbeitung anfällig für Verformungen, Vibrationen und Verzüge, die die strukturellen Eigenschaften des Bauteils beeinträchtigen können. Eine sorgfältige Auswahl der Werkzeuge, Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe ist entscheidend, um das Risiko von Werkstückverformungen und Werkzeugrattern zu minimieren. Effiziente Kühlmittel- und Spannsysteme sind ebenfalls erforderlich, um Wärme abzuführen und Stabilität zu gewährleisten, damit präzise und hochwertige Bearbeitungsergebnisse erzielt werden können.

Zusätzlich weisen die Bauteile von Elektrofahrzeugen oft große Auskragungen und Reichweiten auf, was die Zerspanung zusätzlich erschwert. Diese Eigenschaften führen zu einer erhöhten Werkzeugauslenkung, Vibrationen und einer geringeren Bearbeitungsgenauigkeit. Auch ökologische Herausforderungen wie die Ressourcenverknappung zwingen die Fertigungsunternehmen, neue Produktionswege zu finden. Die ausschließliche Verwendung von synthetischen Ölen oder die Trockenbearbeitung sind jedoch nicht immer der richtige Ansatz für die Aluminiumbearbeitung.

Die fortschrittlichen Rotationsfräser der Serien M5B90 und M5F90 (im Bild) haben sich beim Fräsen dünnwandiger Bauteile als äußerst effektiv erwiesen.

Neue Strategien

Die Hersteller müssen verschiedene Strategien anwenden, um die Fertigung von Komponenten für Elektrofahrzeuge zu verbessern. Starre Spannvorrichtungen wie hydraulische Vorrichtungen oder modulare Spannsysteme tragen dazu bei, Vibrationen zu minimieren und die Stabilität während der Bearbeitung zu gewährleisten. Die Verwendung kürzerer und steiferer Zerspanungswerkzeuge, die Optimierung der Werkzeugwege und der Einsatz fortschrittlicher Bearbeitungsverfahren, wie bspw. die adaptive Steuerung, verbessern den Bearbeitungsprozess weiter, reduzieren die Auslenkung und erhöhen die Gesamtqualität des Bauteils.

Die Auswahl der richtigen Werkzeuge ist von zentraler Bedeutung. So haben Werkzeugwechsler Gewichtsbeschränkungen, die leichte Werkzeuglösungen erfordern, um die Stabilität zu gewährleisten. Werkzeuge mit innenliegenden Features, wie bspw. speziellen Kühlmittelkanälen, können hier eine leichte und dennoch robuste Lösung darstellen. Darüber hinaus können Dämpfungstechnologien eine wirksame Vibrationskontrolle ermöglichen, um eine präzise Bearbeitung auch unter schwierigen Bedingungen zu erreichen.

Beim Fräsen bietet die M5-Reihe von Sandvik Coromant mit ihren voll indexierbaren und einstellbaren 90-Grad-Fräswerkzeugen Vorteile gegenüber anderen Lösungen, die auf Vierkantschultertechnologie oder PKD-beschichteten Wendeschneidplatten basieren. Die fortschrittlichen Rotationsfräser der Serien M5B90 und M5F90 haben sich beim Fräsen dünnwandiger Bauteile als äußerst effektiv erwiesen. Diese Werkzeuge bieten eine radiale Anpassung, die den Werkzeugdruck minimiert und eine gratfreie Oberfläche auch bei Wandstärken von 10 bis 20 Millimetern ermöglicht.

Durch den Einsatz dieser Werkzeuge können die Hersteller Gratprobleme vermeiden, die die Qualität und Funktionalität des Endprodukts beeinträchtigen können. Die Werkzeuge sind kostengünstiger und können eine mit der PKD-Technologie vergleichbare Leistung erbringen. Darüber hinaus haben Entwicklungen wie diamantähnliche Beschichtungen (Diamond-like Coatings, DLC) die Leistung von HSS- und VHM-Fräsern weiter verbessert und die Produktivität erhöht.

Verbessertes Gewindebohren

Bei der Bearbeitung von Aluminiumbauteilen für die Automobilindustrie spielt das Gewindebohren eine entscheidende Rolle. Die weichen und leichten Materialeigenschaften von Aluminium machen es anfällig für Gewindeschäden. Das Gewindebohren sorgt hier für präzise und zuverlässige Gewinde, die für die sichere Befestigung von Bauteilen wie Motor- oder Fahrwerkskomponenten unerlässlich sind.

Präzise Gewindebohrungen gewährleisten die Funktion und Langlebigkeit der montierten Teile und tragen somit zur allgemeinen Zuverlässigkeit des Fahrzeugs bei. Zu diesem Zweck bietet Sandvik Coromant ein umfassendes Sortiment an Werkzeuglösungen für spezifische Bearbeitungsanforderungen, einschließlich der CoroTap® 100-Reihe geradgenuteter Gewindebohrer, die für kurzspanende ISO K-, ISO N- und ISO H-Werkstoffe optimiert sind.

Ein Werkzeug aus dieser Reihe, CoroTap 100-NM-M6x1, wurde in zwei getrennten Tests gegen eine Wettbewerbslösung für die Fertigung von Automobilabdeckungen getestet. Konkret ging es darum, 14 Durchgangs- und Sacklochbohrungen mit einer Gewindetiefe von 17 Millimetern in ein ADT-4-Werkstück, ein leichtes Aluminium mit einem hohen Siliziumgehalt von neun Prozent, einzubringen. Sowohl der CoroTap als auch das Vergleichswerkzeug wurden auf einem Brother S700-Bearbeitungszentrum eingesetzt und mit einem starren ER-Werkzeughalter montiert.

Das Vergleichswerkzeug wurde mit einer Schnittgeschwindigkeit (vc) von 38 m/min und 2.000 U/min betrieben. Der CoroTap wurde mit den gleichen Schnittdaten, aber einer höheren Drehzahl von 2.000 bis 2.500 U/min betrieben. In beiden Fällen wurde das Emulsionskühlmittel KC 770T verwendet.

Im Ergebnis produzierte das Wettbewerbswerkzeug 3.600 Bohrungen und zeigte Verschleiß- und Brucherscheinungen. Der CoroTap hingegen produzierte 14.000 Bohrungen und zeigte trotz höherer Drehzahlen nur Verschleißerscheinungen. Diese Mehrleistung entspricht einer Standzeitverlängerung von 390 Prozent und einer Kosteneinsparung von 12.000 Dollar. Mit präzisen Gewindebohrverfahren können Hersteller sicherstellen, dass Aluminiumkomponenten für die Automobilindustrie den strengen Qualitätsstandards entsprechen und die Sicherheit und Leistungsfähigkeit des Endprodukts gewährleisten.

Umstellung auf Elektrofahrzeuge

Die Zukunft der Automobilindustrie ist schwer vorherzusagen, da sowohl politische Faktoren als auch Ressourcenfragen eine wichtige Rolle spielen. Während der direkte Übergang zu Elektrofahrzeugen eine Herausforderung für die Hersteller sein kann, ist zu erwarten, dass Hybridfahrzeuge kurzfristig einen großen Effekt haben werden. Auch Verbrennungsmotoren werden weiterhin zum Einsatz kommen, wenn auch mit geringerer Leistung, da Mild-Hybrid-Fahrzeuge an Bedeutung gewinnen.

Unabhängig davon bleiben die Herausforderungen bei der Aluminiumbearbeitung für die Automobilindustrie vielfältig und erfordern innovative Lösungen, um eine effiziente und qualitativ hochwertige Produktion zu gewährleisten. Um Prozessvorteile wie gratfreies Fräsen, eine höhere Produktivität und erhebliche Zeit- und Kosteneinsparungen zu realisieren, werden fortschrittliche Werkzeuge auch weiterhin von entscheidender Bedeutung sein.