Aluminiumvorschübe und -geschwindigkeiten: Drehzahl-, Spanlast- und SFM-Diagramme für das CNC-Fräsen

Aluminium hat den Ruf, ein einfaches Material zu sein, und meistens verdient es diesen Ruf. Es schneidet schnell, leitet die Wärme schnell von der Schneidkante ab und erfordert selten die vorsichtige Vorgehensweise, die bei gehärtetem Stahl erforderlich ist. Dieser Ruf verbirgt die andere Hälfte der Geschichte: Aluminium ist klebrig, bildet innerhalb von Sekunden eine stumpfe Kante und wickelt gerne einen langen, fadenförmigen Span um einen Fräser, bis die Rillen fest zusammensitzen und das Werkzeug abbricht.

Wir schleifen Vollhartmetall-Schaftfräser in Changzhou, mitten im chinesischen Werkzeugbau-Cluster, und ein Großteil der Fragen, die unseren Anwendungsschalter erreichen, klingen fast identisch: Welche Drehzahl, welcher Vorschub, wie viele Spannuten und warum ist der letzte Fräser kaputt gegangen? Dieser Leitfaden beantwortet diese Fragen mit denselben Zahlen und derselben Begründung, die wir jede Woche den Werkstätten vorlegen.

Die vier Zahlen hinter jedem Aluminiumschnitt

Vorschübe und Geschwindigkeiten sind keine einzelne Einstellung. Es handelt sich um vier Werte, die voneinander abhängen, und die Änderung eines Werts verändert immer auch die anderen.

• Schnittgeschwindigkeit (SFM oder m/min): Wie schnell sich die Schneide durch das Material bewegt. Aluminium verträgt sehr hohe Oberflächengeschwindigkeiten, da es die Wärme so effektiv von der Kante ableitet.
• Spindelgeschwindigkeit (U/min): Die tatsächlich von Ihrer Maschine erzeugte Drehung, abgeleitet aus Schnittgeschwindigkeit und Werkzeugdurchmesser.
• Vorschub pro Zahn oder Spanlast (mm/Zahn oder Zoll/Zahn): Die Materialstärke, die jede Nut in einem Durchgang abträgt. Diese Zahl entscheidet darüber, ob das Werkzeug schneidet oder reibt.
• Tischvorschub (mm/min oder IPM): der programmierte Verfahrweg der Maschine, berechnet aus Drehzahl, Spanlast und Anzahl der Spannuten.

Die beiden maßgeblichen Formeln sind kurz genug, um sie sich zu merken. Die Spindelgeschwindigkeit entspricht der Schnittgeschwindigkeit multipliziert mit 3,82 und dividiert durch den Werkzeugdurchmesser in Zoll oder in metrischen Einheiten: Schnittgeschwindigkeit in m/min multipliziert mit 1000 und dividiert durch 3,14 mal dem Durchmesser in Millimetern. Der Tischvorschub entspricht der Spindelgeschwindigkeit multipliziert mit dem Vorschub pro Zahn multipliziert mit der Anzahl der Spannuten.

Bei Aluminium sind zwei Regeln wichtiger als bei fast jedem anderen Material. Erstens muss der Span dick genug sein, um die Wärme vom Schnitt abzuleiten. Eine Spanlast unter etwa 0,02 mm pro Zahn bedeutet, dass die Kante reibt, die Oberfläche poliert und eine Aufbauschneide erzeugt, anstatt Material abzutragen. Zweitens ist die Spanabfuhr genauso wichtig wie die Zahlen selbst, denn weiche Aluminiumspäne verschweißen überraschend schnell an einer heißen Kante.

Aluminiumvorschübe und -geschwindigkeiten: Basisdiagramm nach Legierung

Die folgende Tabelle ist ein praktischer Ausgangspunkt für unbeschichtete, polierte Hartmetall-Schaftfräser, die in Aluminium mit Druckluft oder leichtem Kühlmittel laufen. Der Vorschub pro Zahnreihe geht von einem 12-mm-Fräser mit mäßigem Radialeingriff aus.

Betrachten Sie das Diagramm als Ausgangspunkt und nicht als Obergrenze. Der Werkzeugdurchmesser verändert die Spanlast mehr als alles andere: Ein 3-mm-Fräser kann nicht die gleiche Zahnbelastung wie ein 12-mm-Fräser aufnehmen, also skalieren Sie den Vorschub pro Zahn bei kleinen Werkzeugen nach unten und bei großen Werkzeugen nach oben. Guss- und Umschmelzmaterial verdient das konservative Ende des Sortiments, da harte Einschlüsse und Porosität einen schnellen, aggressiven Schnitt benachteiligen.

So berechnen Sie Schritt für Schritt Drehzahl und Vorschub

Die Berechnung ist kurz genug, um sie an der Maschinensteuerung durchzuführen, und sie dauert weniger als eine Minute.

1. Wählen Sie die Schnittgeschwindigkeit für die Legierung aus der Tabelle oben oder aus den Daten Ihres Werkzeuglieferanten und notieren Sie die Einheiten.
2. Schnittgeschwindigkeit in Spindeldrehzahl umwandeln: Die Drehzahl pro Minute entspricht SFM multipliziert mit 3,82 geteilt durch den Durchmesser in Zoll oder m/min multipliziert mit 1000 geteilt durch das 3,14-fache des Durchmessers in Millimetern.
3. Vergleichen Sie das Ergebnis mit der maximalen Spindeldrehzahl der Maschine. Wenn die berechnete Drehzahl den Maschinengrenzwert überschreitet, gehen Sie vom Grenzwert aus zurück und stellen Sie sicher, dass die Spanlast immer noch über dem Mindestwert liegt.
4. Wählen Sie einen Vorschub pro Zahn innerhalb des empfohlenen Bandes. Beginnen Sie in der Mitte und nicht unten, denn an der Unterseite des Bandes beginnt das Reiben.
5. Berechnen Sie den Tischvorschub durch Multiplikation von Drehzahl, Vorschub pro Zahn und Nutenzahl und laden Sie den Wert dann in das Programm.

Ein Beispiel: Ein 12-mm-Dreischneidfräser aus 6061 liefert bei 200 m/min etwa 5300 U/min. Bei 0,08 mm pro Zahn beträgt der Tischvorschub 5300 mal 0,08 mal 3, also etwa 1270 mm/min. In imperialen Einheiten dreht sich ein zweischneidiger Fräser mit einem Durchmesser von einem halben Zoll bei 700 SFM bei etwa 5350 U/min und 0,005 Zoll pro Zahn erzeugt einen Vorschub von etwa 53 IPM.

Wenn Ihre Werkstatt auch Stahl, Edelstahl oder Titan verarbeitet, sind unsere Tabelle mit den Schnittgeschwindigkeiten beim Fräsen sammelt Drehzahl-, SFM- und Vorschubgeschwindigkeitsreferenzen für diese Materialien auf einer einzigen Referenzseite.

Den Schaftfräser an die Aufgabe anpassen

Zahlen funktionieren nur mit einem Fräser, der sie überleben kann. Bei Aluminium entscheiden die Anzahl der Nuten, der Spiralwinkel und die Kantenvorbereitung darüber, wie viel von der berechneten Leistung Sie tatsächlich erhalten.

Wie viele Rillen für Aluminium?

Zwei Spannuten sind nach wie vor die sicherste Wahl zum Schlitzen, Eintauchen und für tiefe Taschen, da der breite Spanraum die weichen Späne schnell beseitigt und kaum eine Gefahr des Verstopfens lässt. Drei Spannuten sind der beste Allzweck-Kompromiss: Der stärkere Kern ermöglicht einen höheren Tischvorschub bei gleicher Spanlast, was genau das ist, was beim Schruppen in der Produktion benötigt wird. Vier oder mehr Spannuten gehören zu Hochleistungsmaschinen und für Schlichtbearbeitungen mit leichtem radialem Eingriff, bei denen der Spanraum weniger wichtig ist als die Oberflächenqualität und die Zerspanungsrate.

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Unsere Aluminiumserie deckt beide Enden dieses Bereichs ab, mit zweischneidiger Geometrie für Nuten und kleine Maschinen und dreischneidigem Design für Betriebe, die die Vorschübe erhöhen möchten, ohne die Spanfreiheit zu verlieren.

Spiralwinkel, Kantengeometrie und Beschichtungen

Aluminium zeichnet sich durch eine scharfe, polierte Schneidkante und einen hohen Spiralwinkel aus, typischerweise 40 bis 45 Grad, da die steilere Spirale den Span aus dem Schnitt hebt, anstatt ihn an der Wand entlang zu ziehen. Wellenschneidkanten oder gewellte Schneidkanten verringern den Schnittwiderstand und brechen den Span in kürzere Stücke, was bei tiefen Taschen und trägen Zähnen erheblich hilft. Beschichtungen brauchen Pflege: Herkömmliches Titanaluminiumnitrid hat eine Affinität zu Aluminium und fördert die Aufbauschneide, während poliertes, unbeschichtetes Hartmetall, Zirkoniumnitrid oder eine spezielle reibungsarme Beschichtung weitaus bessere Ergebnisse erzielen.

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Für einen direkten Vergleich der Nutenanzahl und Geometrie, abgestimmt auf Aluminiumarbeiten, hat unser Team ein Praxisbeispiel verfasst Leitfaden zur Auswahl von Schaftfräsern für Aluminium das durch die gleichen Entscheidungen von der Seite der Werkzeugkrippe geht.

Schnitttiefe: Radialer versus axialer Eingriff

Das Diagramm gibt Ihnen eine Schnittgeschwindigkeit und eine Spanlast an, aber die Schnitttiefe entscheidet darüber, wie viel von dieser Leistung die Maschine physisch liefern kann. Bei Aluminium gibt es zwei allgemeine Strategien, und beide funktionieren gut, wenn sie konsequent angewendet werden.

• Tief axial, leicht radial: Schneiden Sie ein- bis zweimal so tief wie der Werkzeugdurchmesser, mit nur 10 bis 30 Prozent radialem Eingriff. Diese trochoide Art des Schruppens hält die Last konstant, verteilt den Verschleiß entlang der Spannut und führt die Späne effizient ab, da der Fräser nicht im Material versinkt.
• Flach axial, stark radial: Schneiden Sie einige Millimeter tief und nutzen Sie dabei den größten Teil des Werkzeugdurchmessers. Dies eignet sich für starre Maschinen und Werkzeuge mit geringer Reichweite und erfordert einen starren Aufbau, da die Belastung der Kante hoch ist.

Der Abschluss ist anders. Halten Sie den radialen Eingriff gering, etwa 5 bis 8 Prozent des Durchmessers, führen Sie die gesamte Tiefe nach Möglichkeit in einem Durchgang durch und führen Sie den Vorschub schnell genug durch, damit die Kante weiter schneidet, anstatt die Wand zu glätten. Überprüfen Sie auch die Spindelleistung, bevor Sie das obere Ende der Tabelle verfolgen, da das Schruppen von Aluminium bei hohen Zerspanungsraten eine kleine Spindel zum Stillstand bringen kann, lange bevor das Werkzeug beansprucht wird.

Kühlmittel- und Spanabsaugung

Aluminium benötigt kein Kühlmittel, um zu überleben, aber es braucht immer einen Weg, damit die Späne den Schnitt verlassen können. Druckluft oder ein Nebelsystem erledigt die meisten Fräsarbeiten, sorgt dafür, dass der Arbeitsbereich sichtbar bleibt, und vermeidet den thermischen Schock und die Verschmutzung durch stark überflutetes Kühlmittel. Flutkühlmittel bleibt nützlich für tiefe Taschen, Taschen mit schlechtem Zugang und alle Operationen, bei denen die Späne sonst unter dem Fräser zirkulieren würden.

Die praktische Regel ist einfach: Wenn nach jedem Durchgang Späne auf dem Boden und nicht in der Tasche sichtbar sind, funktioniert Ihre Evakuierung. Wenn Sie sehen, dass Späne nachgeschnitten werden, eine Geräuschveränderung hören oder bemerken, dass sich die Oberfläche gegen Ende eines Durchgangs verschlechtert, halten Sie an und korrigieren Sie die Spanentfernung, bevor Sie die Vorschub- und Geschwindigkeitswerte berühren.

Fehlerbehebung: Ablesen von Chips, Ton und Finish

Die meisten Aluminiumprobleme machen sich bemerkbar, bevor das Teil verschrottet wird. Die folgende Tabelle ordnet die üblichen Symptome der Anpassung zu, die sie am schnellsten behebt.

Es gibt eine Angewohnheit, die Betriebe, die nur selten Schneideplotter kaputt machen, von Läden unterscheidet, die sie wöchentlich kaputt machen: Sie ändern eine Variable nach der anderen und hören sich nach jeder Änderung den Schnitt an. Zwei Anpassungen auf einmal machen es unmöglich zu wissen, welche davon geholfen hat.

Häufig gestellte Fragen

Mit welcher Drehzahl sollte ich einen 1/4-Zoll-Schaftfräser in 6061 betreiben?

Bei einer Schnittgeschwindigkeit von 500 bis 800 SFM erreicht ein Viertel-Zoll-Fräser etwa 7600 bis 12000 U/min. Überprüfen Sie zuerst die Maschinengrenze und kombinieren Sie dann die Spindelgeschwindigkeit mit einer Spanlast von 0,002 bis 0,004 Zoll pro Zahn, was je nach Nutanzahl einen Tischvorschub von etwa 30 bis 95 IPM ergibt.

Benötige ich beim Fräsen von Aluminium Kühlmittel?

Nicht immer. Druckluft- oder Minimalmengenschmierung erledigt die meisten Fräsarbeiten und sorgt dafür, dass die Späne in Bewegung bleiben, während Flutkühlmittel in tiefen Taschen, bei Bohrvorgängen und überall dort, wo die Späne sonst nachgeschnitten würden, die Mühe wert sind.

Warum bleiben Aluminiumspäne an meinem Fräser hängen?

Fast immer, weil die Spanlast zu gering ist oder die Schneide nicht mehr scharf ist. Die Kante reibt statt zu scheren, das Aluminium wird durch Druck mit der Nut verschweißt und die aufgebaute Kante wächst, bis die Oberfläche versagt oder das Werkzeug bricht.

Kann ich für 7075 und 6061 die gleichen Vorschübe und Geschwindigkeiten verwenden?

Beginnen Sie niedriger bei 7075. Es ist stärker und verzeiht aggressives Eingreifen weniger. Beginnen Sie also in der Nähe von 400 SFM mit einer mäßigen Spanbelastung und erhöhen Sie den Wert erst, wenn der Schnitt stabil klingt und die Späne sauber und silbern abfallen.

Aluminiumvorschübe und -geschwindigkeiten sind letztlich ein Ausgangspunkt und keine feste Antwort, denn jede Maschine, jeder Halter und jedes Werkstück hat ihre eigene Meinung darüber, was funktioniert. Die Tabelle bringt Sie schnell in den richtigen Bereich, die Formeln sorgen für Ehrlichkeit und der Klang des Schnitts verrät Ihnen den Rest. Diese Kombination ist die Art und Weise, wie unsere Anwendungsingenieure jeden Aluminiumauftrag angehen, der in der Fabrik ankommt, und es ist der schnellste Weg zu einem stabilen Prozess, der die Toleranzen bei jedem Durchlauf einhält.