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Fräsen von Aluminiumlegierungen

: Sandvik Coromant


Die Automobilindustrie steht vor einem echten Gewichtsdilemma. Wogen beispielsweise leichte Nutzfahrzeuge, die 2017 in den USA hergestellt wurden, im Durchschnitt noch rund 1.900 Kilogramm, sind es vor allem neue Komponenten und Technologien, die die Fahrzeuge immer schwerer machen. Gleichzeitig fordern Umweltschutzauflagen von den Herstellern, dass sie das Fahrzeuggewicht zum Erreichen von weiteren Kraftstoffeinsparungen minimieren. Einen Ausweg aus dieser verzwickten Situation könnte Aluminium, der vielleicht wichtigste Werkstoff für leichte Konstruktionen, bereithalten. Vor dem Hintergrund, dass das Material allerdings überaus schwer zu zerspanen ist, untersucht Sandvik Coromant, ob ein neuer Fräser Teil der Problemlösung sein kann.

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Der Aluminiumfräser M5C90 wurde für das Schrupp- und Schlichtplanfräsen von Zylinderköpfen, Zylinderblöcken und Vollaluminiumteilen mit langen Fräsereingriffen entwickelt.

Der Aluminiumfräser M5C90 wurde für das Schrupp- und Schlichtplanfräsen von...

Aluminium, das Material, das einst den Menschen das Fliegen ermöglichte, wurde in der Luftfahrt schon vor dem Bau der ersten Flugzeuge verwendet. Graf Ferdinand Zeppelin fertigte bereits Ende des 18. Jahrhunderts die Rahmen seiner berühmten Luftschiffe aus Aluminium. Und der Stellenwert von Aluminium im Bereich Leichtbau hat bis heute Bestand – so bietet sein Einsatz in Fahrzeugmotorblöcken das Potenzial für signfikante Gewichtseinsparungen und Verbesserungen hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs.

Der Antriebsstrang eines europäischen PKW enthält bislang rund 80 Kilogramm Aluminium, was bedeutet, dass auch weitere Bauteile wie Motor und Getriebe interessante Einsatzbereiche für Leichtbaumaßnahmen sind. Da sich Aluminium also zu einem immer beliebteren Werkstoff entwickelt, sind auch speziell dafür vorgesehene Werkzeuglösungen, mit denen das Leichtmetall besser barbeitet werden kann, stark nachgefragt.

Komplexe Komponenten

Der Zylinderblock ist die wichtigste Motoreinheit. In ihm sind verschiedene bewegliche Bauteile untergebracht, die zusammen die Kraft zum Fahrzeugantrieb erzeugen. Lange wurden Zylinderblöcke aus Gusseisenlegierungen hergestellt, doch zur Gewichteinsparung werden heute auch häufig Aluminiumlegierungen verwendet.

Zylinderblöcke sind das Fahrzeugbauteil, bei dessen Herstellung die meisten Maschinen involviert sind. Das liegt vor allem an den aufwändigen Bearbeitungsprozessen und den hohen Toleranzanforderungen. Das Schruppen und Schlichten von komplexen Automobilkomponenten wie eben den
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Ein wesentliches Merkmal der M5-Fräserserie ist die Stufentechnologie. Eine Reihe präziser und langlebiger Schneidplatten aus polykristallinem Diamant (PKD) sind in einer kreisförmigen Konfiguration angeordnet, um sowohl axial als auch radial Material vom Werkstück abzutragen

Ein wesentliches Merkmal der M5-Fräserserie ist die Stufentechnologie. Eine...

Zylinderblöcken ist ein kosten- und zeitintensiver Prozess. Er erfordert viele verschiedene Werkzeuge, was wiederum längere Rüstzeiten und höhrere Kühlmittelmengen bedeutet – letzteres um die Wärme infolge von erhöhten Reibkräften effektiv zu minimieren.

Ein weitere wichtige Motorkomponente, die häufig aus Aluminium hergestellt wird, ist der Luft und Kraftstoff in den Brennraum befördernde Zylinderkopf. Er befindet sich oben auf dem Zylinderblock und dient als Aufnahme für Komponenten wie Ventile, Zündkerzen und Kraftstoffeinspritzdüsen. Wie der Zylinderblock erfordert auch der Zylinderkopf eine aufwändige und hochwertige Bearbeitung.

Weil das leichtere Aluminium im Vergleich zu Gusseisen wesentlich weicher ist, sind eine minderwertige Oberflächengüte, Gratbildung und ein ungleichmäßiger Werkzeugverschleiß keine Seltenheit. Die entscheidende Frage lautet somit: Wie können Automobilhersteller diese Herausforderungen überwinden, um kürzere Durchlaufzeiten, eine verbesserte Oberflächenqualität und höhere Einsparungen zu erzielen?

Zwei-in-Eins-Lösung

Sandvik Coromant ist davon überzeugt, dass der notwendigen Innovation wie so oft das Prinzip der Einfachheit zu Grunde liegt. So können Fahrzeughersteller durch die Implementierung von nur einer Lösung zum Planfräsen anstelle von mehreren Werkzeugen die meisten Herausforderungen bei der Bearbeitung von Aluminium bewältigen. Mit einem solchen
Zwei-in-Eins-Werkzeug können sowohl Schrupp- als auch Schlichtbearbeitungen durchgeführt und somit, um qualitativ hochwertigere Ergebnisse zu erzielen, die Belastungen auf das Aluminium reduziert werden.



Das schwedische Unternehmen bietet für störungsfreies, präzises und gratfreies Fräsen von Aluminiumlegierungen gleich mehrere patentierte Fräserdesigns, unter anderem den M5C90 aus der sogenannten M5-Serie. Das Werkzeug wurde für das Schrupp- und Schlichtplanfräsen von Zylinderköpfen, Zylinderblöcken und Vollaluminiumteilen mit langen Fräsereingriffen, abgesehen von dünnwandigen Bauteilen, entwickelt. Das Werkzeug ist in der Lage, den gesamten Bearbeitungsprozess, vom Schruppen bis zum Schlichten, in nur einem Arbeitsgang durchzuführen – in vielen Fällen mit einer axialen Schnitttiefe von bis zu sechs Millimetern. So kann die Werkzeugstandzeit verfünftfacht und die Durchlaufzeit um 200 Prozent reduziert werden.

Ein wesentliches Merkmal der M5-Fräserserie ist die Stufentechnologie. Eine Reihe präziser und langlebiger Schneidplatten aus polykristallinem Diamant (PKD) sind in einer kreisförmigen Konfiguration angeordnet, um sowohl axial als auch radial Material vom Werkstück abzutragen. Der letzte Zahn verfügt über eine Wiper-Geometrie, sodass hervorragende Oberflächengüten und Ebenheiten erreicht werden können. Außerdem erübrigen sich aufgrund der festen Position von Wiper und den Zähnen aufwändige Voreinstellungen. Und mit einer solch vielseitigen Lösung kann die Beanspruchung der Aluminiumoberflächen während der Bearbeitung deutlich reduziert werden.

Fazit

Bei der Suche der Automobilindustrie nach neuen, umweltfreundlicherer Lösugen ist die Wahl der richtigen Materialien eine wesentliche Voraussetzung für leichtere Fahrzeuge. Gleichzeitig bietet der einfachere Bearbeitungsansatz, den Werkzeuge wie der Aluminiumfräser M5C90 bieten, den Herstellern die Möglichkeit,
die hohen Anforderungen und die Komplexität der Aluminiumbearbeitung zu meistern. Auf diese Weise können Aluminiumlegierungen dabei helfen, das Gewichtsdilemma in der Automobilindustrie erfolgreich aufzulösen.

Der Aluminiumfräser M5C90 wurde für das Schrupp- und Schlichtplanfräsen von Zylinderköpfen, Zylinderblöcken und Vollaluminiumteilen mit langen Fräsereingriffen entwickelt.
Ein wesentliches Merkmal der M5-Fräserserie ist die Stufentechnologie. Eine Reihe präziser und langlebiger Schneidplatten aus polykristallinem Diamant (PKD) sind in einer kreisförmigen Konfiguration angeordnet, um sowohl axial als auch radial Material vom Werkstück abzutragen



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