Anspruchsvolle Werkstoffe wie Aluminium bearbeiten: Werkzeuge und Techniken

Falls Sie bei der Arbeit immer wieder auf scheinbar unerklärliche Probleme stoßen, die sich nicht beheben lassen, dann sehen Sie sich das Material, mit dem Sie arbeiten, einmal ganz genau an. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften eines Werkstoffes haben Auswirkungen auf die Bearbeitung, die Sie keinesfalls unterschätzen sollten.

Ob beim Fräsen, Bohren oder Gewindeschneiden – es macht einen großen Unterschied, ob Sie es mit Aluminium oder Titan zu tun haben. Für jeden Werkstoff gibt es geeignete Werkzeuge, vom Aluminiumfräser bis zum Extrembohrer.

Welche Werkstoffe gibt es?

Die Anzahl der verschiedenen Werkstoffe ist kaum zu überblicken, denn zunächst einmal fällt jedes Material in diese Kategorie, das sich in irgendeiner Weise formen oder bearbeiten lässt. Werkstoffe können natürlich vorkommen oder künstlich hergestellt werden. Manchmal liegen sie in ihrer Grundform vor, aber häufig werden ihre Eigenschaften durch Zusätze oder eine besondere Verarbeitung ergänzt, verändert und optimiert.

Nun beschäftigen wir uns in diesem Blog aber mit der Bearbeitung von Gewinden und den dazu benötigten Werkzeugen und dürfen in diesem Rahmen die Gruppe der relevanten Werkstoffe auf Metalle beschränken.

Verschiedene Metalle und ihre Bearbeitung

Die Gruppe der Metalle lässt sich in Eisenwerkstoffe und Nichteisenmetalle unterteilen. Zu den Eisenwerkstoffen zählt Stahl mit seinen zahlreichen Varianten. Nichteisenmetalle sind Werkstoffe wie Kupfer, Aluminium oder Titan. Welche Eigenschaften ein Metall hat, hängt immer auch von der Legierung ab.

Bearbeitung von Stahl und Edelstahl

Stahl wird sehr häufig zerspant und ist auch bei der Bearbeitung von Gewinden von großer Bedeutung. Vor allem Edelstahl wartet dabei mit einigen Hürden auf. Die meisten Edelstahlsorten sind zähhart und benötigen daher einen Gewindebohrer, der sehr widerstandsfähig ist, da beim Schneidvorgang hohe Temperaturen entstehen können. Edelstahl bohren ohne Ausglühen gelingt am besten mit spezieller Beschichtung mit Titanbestandteilen oder einer Oberflächenbehandlung wie dem Vaporisieren.

Herausforderungen bei der Aluminiumbearbeitung

Aluminium zählt zu den Leichtmetallen und wird daher bevorzugt in Branchen eingesetzt, in denen Gewicht eine Rolle spielt. Viele Bauteile im Fahrzeugbau bestehen aus Aluminium. Die meisten Aluminiumlegierungen sind gut zerspanbar, Probleme bereitet hier eher die Spanform. Späne sollten möglichst kurz und kompakt sein, Aluminium ist jedoch ein langspanender Werkstoff. Hier ist es also besonders wichtig, auf die richtige Bauform des Gewindebohrers für eine reibungslose Spanabfuhr zu achten. Die Form B mit Schälanschnitt ist für Durchgangslöcher gut geeignet. Für Sacklöcher sind rechtsgedrallte Spiralnuten entscheidend, damit der Span nach hinten aus der Bohrung abtransportiert wird.

Um die Leistungsfähigkeit und Stabilität von Gewinden in Aluminium zu erhöhen, empfiehlt es sich, Gewindeeinsätze zu verwenden. So erhöhen Sie die Auszugsfestigkeit in Leichtmetall und profitieren von den Vorteilen des Werkstoffs Aluminium, ohne sich mit den Nachteilen herumärgern zu müssen.

Anforderungen bei Titan und exotischen Metallen

Auch Titan gehört noch zu den Leichtmetallen, ist jedoch das schwerste Metall in dieser Kategorie. Es kombiniert ein geringes Gewicht mit großer Festigkeit und ist entsprechend schwer zerspanbar. Hier braucht es also einen robusten Gewindebohrer, der es mit Titan aufnehmen kann. Als Werkstoff eignet sich kobaltlegierter Hochleistungsschnellarbeitsstahl (HSSE).

Andere Metalle, bei denen Sie auf spezielle Werkzeuge zurückgreifen sollten, sind Kupfer, Messing oder spezielle Nickellegierungen wie Inconel.

Geometrien, Beschichtungen, Oberflächenbehandlungen: Welche Rolle die Eigenschaften des Gewindebohrers spielen

Es gibt drei Faktoren, die die Effizienz Ihrer Werkzeuge beeinflussen und bestimmen, wie gut sie für ein Material geeignet sind:

Ausgangswerkstoff

Fräser für Alu oder Spiralbohrer für Edelstahl – neben Preis und offensichtlichen Kriterien wie dem richtigen Durchmesser sollte der Werkstoff der zentrale Faktor bei der Auswahl Ihrer Werkzeuge sein. Am besten greifen Sie hier immer auf HSS Stahl zurück.

Geometrie

Auch die Geometrie und das generelle Design eines Werkzeugs hat große Auswirkungen auf die Qualität des Gewindes und das Gelingen des Schneidvorgangs. Wichtig ist hier der Spanwinkel, der entscheidend die Form der anfallenden Späne bestimmt. Ein robuster Schaft kann die nötige Stabilität für harte Schneidfälle bringen.

Beschichtung

Die Eigenschaften eines Gewindebohrers lassen sich auch durch Oberflächenbehandlungen und Beschichtungen noch entscheidend beeinflussen. Beschichtungen gibt es in zahllosen Varianten in allen Bereichen und Branchen – von der extrem harten DLC Beschichtung bis zur PTFE Beschichtung, die Sie von der Teflonpfanne kennen. Für Gewindewerkzeuge spielen vor allem Varianten eine Rolle:

• TiN (Titannitrid)
• TiCN (Titancarbonitrid)
• TiAIN (Titanaluminiumnitrid)

Mithilfe dieser Beschichtungen lassen sich Werte wie die Härte und Zähigkeit, die Temperaturbeständigkeit und die Verschleißfestigkeit steuern.

Welcher Gewindebohrer für Aluminium und Co.?

In den meisten Fällen werden Sie es mit unlegierten oder niedriglegierten Stahlsorten zu tun haben, dafür genügt ein handelsüblicher Standardbohrer. Sobald es jedoch in den Bereich Edelstahl geht oder Werkstoffe mit schwierigen Spanverhalten zu bearbeiten sind, lohnt sich ein genauer Blick aufs Etikett. Dort ist angegeben, für welche Werkstoffe das Werkzeug geeignet ist.

Für Edelstahl eignen sich Werkzeuge mit einer Beschichtung aus TiCN oder TiAIN. Eine Vaporisierung reduziert zusätzlich den Gleitwiderstand und erleichtert die Arbeit. Bei langspanenden Werkstoffen wie Aluminium kommt es besonders auf die Geometrie an – vor allem bei Sacklochgewinden. Stark rechtsgedrallte Nuten sorgen dafür, dass auch lange Späne entgegen der Schneidrichtung aus der Bohrung befördert werden.

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