So geht Aluminium fräsen mit der Hobby-CNC Fräse

Hier folgt eine Beschreibung der wichtigsten Punkte auf die man beim Fräsen von Aluminium auf einer CNC-Fräse achten muss, um brauchbare Ergebnisse zu erhalten. Dies basiert auf meinen Erfahrungen sowie einigen Anmerkungen von Christian Knüll, dem Autor der ESTLCAM Software.

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Wichtiger Hinweis: Das hier geschriebene ist unter dem Blickwinkel eines Besitzers einer typischen 3-Achs-CNC Fräse geschrieben, wie diese üblicherweise in einer Hobbywerkstatt anzutreffen ist.

Aluminum Werkstoffe

Das wichtigste zuerst: Aluminium ist nicht gleich Aluminium – die Unterschiede zwischen den verschiedenen Legierungen in Bezug auf die Zerspanbarkeit sind riesengroß.

Das Hauptproblem beim Fräsen von Aluminium ist das „schmieren“. Dies bedeutet, dass sich das Material durch das Bearbeiten erwärmt und dann am Fräser festklebt. Das verstopft dabei die Spannuten und führt letztlich zum Bruch des Fräsers.

Dementsprechend will man beim Fräsen von Aluminium in erster Linie die Entstehung von Wärme reduzieren. Dazu braucht es Fräser mit scharfen, stark hinterschliffenen Schneiden und großen Nuten aus denen die Späne leicht abtransportiert werden können.

Entsprechend sollte man zuerst die Aluminumlegierung ermitteln, die man da vor sich hat: Je härter und fester das Aluminium, desto weniger muss man sich Gedanken um Fräser und Parameter machen. Es klingt zwar zunächst unlogisch, doch hochfestes Aluminium ist erheblich leichter zu zerspanen als weiches, da es wenig bis gar nicht zum Schmieren neigt.

Sehr gut zerspanbar sind zum Beispiel Aluminium-Legierungen vom Typ AlMg4.5Mn oder AlMgSiBi, AlMgSi0,5 und AlMgSi1.

Aluminium aus dem Baumarkt

Im Baumarkt erhältliche Aluminiumbleche sind in der Regel sehr weiche Legierungen vom Typ AlMg1 oder AlMg3. Solche weichen Legierungen lassen sich vielfach nur mit speziellen Alu-Fräsern und einer entsprechenden Schmierung in einem sehr engen Drehzahl- und Vorschubbereich sinnvoll bearbeiten. Dabei müssen dann wirklich alle Fräsparameter stimmen oder der Fräser bricht sehr schnell ab.

Ziemlich übel zu bearbeiten sind auch die eloxierten Aluprofile aus dem Baumarkt. Das Material schmiert extrem und die harte Eloxalschicht lässt den Fräser in kürzester Zeit stumpf werden.

Ebenfalls die Finger weg von Blechen, die speziell zum Biegen oder Tiefziehen vorgesehen sind. Diese sind nur sehr schwer zu zerspanen. Besser ist es, wenn das Blech mit „Halbhart“ oder „Hart“ bezeichnet wird.

Der richtige Fräser für Aluminium

Das Fräsen von Aluminium geht auf einer Hobbyfräse am einfachsten mit Fräsern die nur eine einzige Schneide haben. Bei größeren Fräserdurchmessern (also mehr als 3mm) und unproblematischen Alulegierungen kann man allerdings ggf. auch 2, 3 oder 4 Schneiden verwenden wodurch die Zerspanungsleistung entsprechend erhöht wird.
Es kommt hier also nicht auf die Anzahl der Schneiden an, sondern auf den Einsatzzweck für den der Hersteller den verwendeten Fräser vorgesehen hat.

 

Ich empfehle, dass man sich entsprechend für einen speziellen Alu-Fräser entscheidet, wobei die Unterschiede zwischen deutschem Markenprodukt und Chinafräser von eBay besonders bei weichem Alu erheblich sind.

Ein hochwertiger Fräser hat einen deutlich größeren Drehzahl- und Vorschubbereich in dem dieser brauchbar funktioniert. Allerdings: bei völlig daneben liegenden Fräsparametern brechen beide Arten in Sekundenschnelle ab…

Fräsparameter für Aluminium

Und damit sind wir leider schon beim leidigen Thema Fräsparameter. Da kommt man abhängig vom jeweiligen Material leider kaum ums selbst ausprobieren herum.  Und den einen oder anderen abgebrochenen Fräser muss man als Lehrgeld mit einkalkulieren.

Die Drehzahl- und Vorschubangaben aus Tabellenbüchern und Herstellerdatenblättern der professionellen CNC-Fräsen sind leider nicht 1:1 auf Hobbymaschinen übertragbar.

Einen gewissen Anhaltspunkt liefern die Schnittparameter-Tabellen auf den Webseiten von Sorotec. Diese gelten aber auch nur für die Sorotec-Fräser und auch da nur für gut zerspanbare Alu-Legierungen wie z.B. AlMg4.5Mn.

Meine persönlichen Fräsparameter für weiche AluBleche AlMg3 als Anhaltspunkt:

  • Sorotec Alufräser 2-schneidig, Durchmesser 2,5mm
  • Drehzahl: 18.000 U/Min
  • Vorschub X/Y 10mm/s
  • Vorschub Z 3mm/s
  • Schmierung durch aufsprühen von WD40

Da bekomme ich recht ordentliche Späne und brauchbare Standzeiten für den Fräser.

Das Ziel beim Alufräsen ist es immer, schöne, glatte Späne zu bekommen – dann passt alles.

Sobald sich jedoch beim Fräsen eine Wulst oder ein Grat am Material bildet: sofort ausschalten! Da beginnt das gefräste Aluminium zu schmieren und der Fräser ist oft nur noch Sekunden vom Tod durch abbrechen entfernt.

Was ist dann zu tun? In der Regel muss jetzt die Drehzahl runter und der Vorschub hoch. Möglicherweise ist es sinnvoll die Frästiefe verringern und ggf. zu schmieren. Das gilt vor allem beim Fräsen von Nuten.

Ähnliches gilt, wenn beim Fräsen eher Alustaub als Späne entsteht. Dies ist allerdings bei weitem nicht so kritisch. Hier dann gegebenenfalls den Fräsvorgang nach ein paar Sekunden unterbrechen, Spindel und Fräser hochfahren und prüfen ob Aluminium am Fräser festgebacken ist. Falls dem so ist, dann schmiert es. Gegenmaßnahmen siehe oben.

Das Gegenstück zu kleinen Spänen sind stark deformierte, lange Späne (Korkenzieher). In diesem Fall wird der Fräser in der Regel kräftemäßig überlastet – ebenfalls Bruchgefahr! Da also die Drehzahl erhöhen, den Vorschub reduzieren und ebenfalls die Frästiefe verringern.

Achtung: Wenn der Fräser während des Fräsvorgangs seitlich hin und her wandert oder Schlangenlinien fährt ist auch dies ein ziemlich sicheres Zeichen für schmieren. Auch in diesem Fall sofort den Fräsvorgang anhalten. Das Aluminum aus dem zugeschmierten Fräsern vorsichtig mit einem Schraubenzieher o.ä. möglichst von oben her entfernen, um die Schneiden nicht zu beschädigen. Dabei aufpassen dass man sich nicht verletzt – die Alu-Fräser haben sehr scharfe Schneiden. Sind allerdings die Schneiden des Fräsers beschädigt (kleine Ausbrüche etc.) hilft leider meist nur noch wegwerfen. (Möglicherweise taugen diese noch zum Fräsen von Hölzern – aber definitiv nicht mehr für Aluminium und andere NE-Metalle)

Schmierung beim Aluminium fräsen

Womit schmiert man beim Aluminium fräsen? Es gibt da zahlreiche Möglichkeiten. Die einfachste: Einfach etwas WD40 während des Fräsens auf die Fräsbahn sprühen. Wenn man nur gelegentlich Aluminium fräst ist diese der einfachste Weg.

Die Alternative ist es, ein Schmiermittel selbst zu mischen. Diese besteht z.B. aus 10 Teile Wasser, eine Teil Spiritus, und ein paar Tropfen Geschirrspülmittel zur Oberflächenentspannung. Dies kann man in eine kleine Spritzflasche einfüllen und dann immer ein paar Tropfen auf die Fräsbahn geben

Wenn man häufig Aluminium fräst lohnt es sich, eine spezielle Kühlmittelpumpe an die CNC Fräse zu bauen. Das ist aber ein Thema für sich und würde jetzt den Rahmen dieses Artikels sprengen.

Natürlich kann man mit den richtigen Parametern Aluminium auch ohne Kühlung fräsen. Bedenke aber, dass Schmierung die Standzeit des Fräsers erhöht und vor allem werden die Aluspäne durch das Schmiermittel gebunden und  fliegen nicht so weit durch die Gegend.

Wirbelfräsen von Aluminium

Viele der oben genannten Problematiken beim Fräsen von Alu kann man durch Wirbelfräsen drastisch reduzieren. Damit funktioniert es auch in weichen Legierungen über einen weiten Drehzahl- und Vorschubbereich selbst mit nicht ganz optimalen Fräsern und ohne Schmierung in der Regel sehr gut.

Bei flachen Schnitten steigt allerdings die Bearbeitungsdauer oft stark an während man bei tiefen Fräsungen ggf. durch die größere Zustellung etwas Bearbeitungszeit sparen kann.

Die Aluminium-Bearbeitung durch Wirbelfräsen ist grundsätzlich mit jeder halbwegs stabilen CNC-Fräse möglich. Den dafür nötigen G-Cpde für das Wirbelfräsen zu erzeugen beherrschen allerdings nur wenige CAM_Programme für den Hobbyeinsatz.

Eines der für Hobbyanwender bezahlbaren CAM-Programme die das können ist das ESTLCAM von Christan Knüll.

Christian Knüll empfiehlt in Estlcam für Aluminium eine Wirbelzustellung von ca. 2-5% (Richtung 2% für schmierende Legierungen, Richtung 5% für eher unproblematische, harte Alulegierungen)

Tiefenzustellung gerne mit 2-3facher Fräserdurchmesser, allerdings darf nicht zu schnell eingetaucht werden. Beim Vorschub was die Maschine hergibt ohne sich allzu sehr aufzuschaukeln. Drehzahl mittel bis hoch, also im Bereich von ca. 18.000 bis 28.000 U/min.

Das Ziel sind feine nadelförmige Späne – hier bei Bedarf in erster Linie über die Wirbelzustellung im CAM gegensteuern.

Auch hier kommt man um das Ausprobieren nicht ganz herum, allerdings hat man viel mehr Spielraum bevor es für den Fräser kritisch wird.

Danksagung: Ich danke Christian von www.estlcam.de für seine Tipps zum Fräsen von Aluminium.

 

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