Aluminium Zerspanung meistern: Prozesssicher und effizient mit dem richtigen Kühlschmierstoff

Aluminium prägt als leichter, fester und gut bearbeitbarer Werkstoff Schlüsselindustrien von Luft- und Raumfahrt über Automobilbau bis Medizintechnik. Allerdings stellt die Zerspanung von Aluminium in der Fertigung hohe Anforderungen an Maschinen, Werkzeuge und an Kühlschmierstoffe (KSS). Dieser Artikel analysiert die fünf Kernherausforderungen der Aluminiumzerspanung, erklärt deren Ursachen sowie Folgen und zeigt Ihnen einen praxiserprobten Lösungsweg auf: Systematische Prozessoptimierung kombiniert mit dem Hochleistungs-Kühlschmierstoff rhenus TY 155 L.

Ob beim Bohren, Drehen oder Fräsen – die Zerspanung von Aluminium ist ein anspruchsvoller Bearbeitungprozess in der metallverarbeitenden Industrie. Aluminium ist leicht, gut zerspanbar und dank seiner Vielseitigkeit ein unverzichtbarer Werkstoff für zahlreiche Schlüsselbranchen. Doch diese Vorteile haben ihren Preis: In der Zerspanung stellt Aluminium ganz besondere Anforderungen an Prozesse, Maschinen und Betriebsmittel. Seine hohe Wärmeleitfähigkeit, die Tendenz zur Aufbauschneidenbildung und empfindliche Oberflächen machen es zu einem Werkstoff, der keine Fehler verzeiht.

Für Produktionsverantwortliche bedeutet das: Wer Aluminium erfolgreich bearbeiten will, braucht nicht nur Präzision bei Werkzeug und Maschine, sondern auch eine durchdachte Strategie. Denn selbst kleine Schwächen im Kühl- und Schmierverhalten wirken sich unmittelbar auf Maßhaltigkeit, Standzeit und Oberflächenqualität aus – und damit auf Effizienz und Kostenstruktur der Fertigung.

Obwohl Aluminium als gut zerspanbar gilt, führen seine Eigenschaften bei unzureichender Prozesskontrolle zu wiederkehrenden Phänomenen. Diese beeinträchtigen Qualität und Wirtschaftlichkeit. Fünf Aspekte stehen im Fokus:

Herausforderung 1: Aufbauschneidenbildung bei Aluminium – Ursachen und Auswirkungen

Was genau ist eine Aufbauschneide?
Bei der Aufbauschneidenbildung haftet zerspantes Aluminiummaterial an der Schneidkante des Werkzeugs. Es bildet sich eine zusätzliche, instabile „Schneide“ aus verdichtetem Werkstoff, die unkontrolliert wächst und wieder abbricht. Dieses Phänomen beeinträchtigt die Prozessstabilität.

Warum Aluminium zur Aufbauschneidenbildung neigt:
Die hohe Affinität des Aluminiums zur Kaltverschweißung ist hierfür zentral verantwortlich. Unter dem hohen Druck und den an der Schneide entstehenden Temperaturen entwickeln sich adhäsive Kräfte zwischen Werkzeug und Werkstückmaterial. Ein unzureichender oder instabiler Additivierung des KSS kann diese Adhäsion nicht wirksam unterbinden. Insbesondere weichere, niedrig legierte oder langspanende Aluminiumtypen neigen aufgrund ihrer Duktilität und der oft kontinuierlichen Spanbildung stark zu diesem Effekt, da fehlender Spanbruch die Kontaktzeit und Reibung an der Schneide zusätzlich erhöht.

Auswirkungen auf Präzision, Oberfläche und Werkzeug:
Die direkten Konsequenzen der Aufbauschneidenbildung sind gravierend und umfassen Maßabweichungen durch die instabile Geometrie der Aufbauschneide, eine reduzierte Oberflächengüte durch Ausbrüche, die Riefen verursachen, sowie eine signifikant verkürzte Werkzeugstandzeit durch rapiden abrasiven Verschleiß.

Die Rolle des KSS: Schmierung gegen Adhäsion:
Ein Hochleistungs-KSS wie rhenus TY 155 L verhindert Aufbauschneiden durch seine hervorragenden Schmiereigenschaften. Spezielle Additive reduzieren Reibung sowie Adhäsionsneigung effektiv und unterbinden die Kaltverschweißung.

Herausforderung 2: Fleckenbildung auf Aluminium – Ursachen und Prävention

Auswirkungen von Oberflächenflecken:
Matte Flecken, Schlieren, Wasserflecken oder punktuelle Verfärbungen auf der bearbeiteten Aluminiumoberfläche stellen einen erheblichen optischen Mangel dar. Sie sind besonders bei Sichtteilen kritisch und können zur Ablehnung des gesamten Bauteils führen.

KSS-bedingte Ursachen für Fleckenbildung:
Die Ursachen hierfür sind vielfältig und im Kühlschmierstoff selbst zu finden. Dazu zählen erstens instabile Emulsionen, die durch inhomogene Wirkstoffverteilung oder ungleichmäßige Benetzung lokale Unterschiede in der Oberflächenchemie erzeugen. Zweitens können ungeeignete Additive (wie aggressive Korrosionsschutzmittel oder bestimmte Emulgatoren) chemisch mit der Aluminiumoberfläche reagieren. Drittens führt ein ungünstiges Rückstands- oder Trocknungsverhalten zu sichtbaren Ablagerungen oder ungleichmäßiger Trocknung. Viertens können auch pH-Wert-Abweichungen die empfindliche Aluminiumoberfläche angreifen.

Konsequenzen für Qualität und Weiterverarbeitung:
Die Folgen sind oft Ausschuss oder kostspielige Nacharbeit. Zudem können Flecken nachfolgende Prozesse wie Eloxieren, Lackieren oder Kleben negativ beeinflussen und sind ein häufiger Grund für Qualitätsmängel.

KSS-Eigenschaften für fleckenfreie Ergebnisse:
Ein optimierter KSS wie rhenus TY 155 L sichert fleckenfreie Oberflächen durch eine Kombination wichtiger Eigenschaften: hohe Stabilität, ausgewählte materialverträgliche Additive, einen günstigen pH-Wert sowie ein optimiertes Rückstands- und Trocknungsverhalten.

Herausforderung 3: Korrosion an Aluminiumbauteilen – Ursachen und Schutzmaßnahmen

Korrosionsrisiken bei Aluminium:
Trotz seiner natürlichen Oxidschicht ist Aluminium anfällig für bestimmte Korrosionsarten wie Weißrost oder Kontaktkorrosion. Auslöser sind oft für den Prozess nicht passende Kühlschmierstoffe oder ungünstige Lagerungsbedingungen.

Wie KSS Korrosion fördern kann:
Mehrere Faktoren im KSS können Korrosion begünstigen: Eine pH-Instabilität, bei der der Wert in kritische Bereiche abdriftet, greift die Oxidschicht an. Aggressive Inhaltsstoffe wie hohe Chlorid- oder Sulfatgehalte oder unpassende Biozide können ebenfalls korrosiv wirken. Des Weiteren kann elektrochemische (Kontakt-)Korrosion durch Kontakt mit edleren Metallen im System entstehen. Schließlich kann auch ein unzureichender temporärer Korrosionsschutz des KSS bei Zwischenlagerung zu Problemen führen.

Auswirkungen von Korrosion:
Die Folgen reichen von optischen Beeinträchtigungen wie Weißrost bis zu funktionellen Problemen durch veränderte Oberflächenstruktur und im Extremfall einer Schwächung des Materials.

Korrosionsschutz durch den richtigen KSS:
rhenus TY 155 L beugt Korrosion durch gezielte Maßnahmen vor: Die Formulierung gewährleistet pH-Stabilität im optimalen Bereich, verzichtet auf korrosionsfördernde Komponenten und nutzt ein synergistisches Inhibitoren Paket zum Schutz der Aluminiumoberfläche. Die gute Filtrierbarkeit hilft zudem, korrosionsfördernde Partikel zu entfernen.

Herausforderung 4: Schaumbildung im KSS – Hintergründe und Konsequenzen

Wann und warum Schaum entsteht:
Übermäßige Schaumbildung ist ein häufiges Problem bei Innere Kühlmittelzufuhr mit hohen Drücken oder hoher Turbulenz im System. Die im KSS enthaltenen Emulgatoren und Tenside neigen unter Scherbelastung oder bei Lufteintrag zur Bildung stabilen Schaums. Verstärkt wird dies durch Faktoren wie weiches Wasser, eine hohe KSS-Konzentration, ein ungünstiges Anlagendesign oder Verunreinigungen.

Negative Auswirkungen von Schaum im Prozess:
Die Folgen von starker Schaumbildung sind vielfältig: Sie reduziert die Kühl- und Schmierleistung, kann Sensorik blockieren, zu überlaufenden Tanks oder gar Maschinenstillstand führen und durch ungleichmäßige Kühlung Qualitätsprobleme verursachen.

KSS-Formulierung gegen Schaum:
rhenus TY 155 L ist als ausgezeichnet entschäumende und luftabscheidende Formulierung konzipiert. Spezielle, niedrig schäumende Systeme setzen den Lufteintrag schnell wieder frei und verhindern die Bildung stabilen Schaums, was Prozesssicherheit auch unter anspruchsvollen Bedingungen gewährleistet.

Herausforderung 5: Effektives Späne Management bei der Aluminiumzerspanung

Die Herausforderung der Aluminiumspäne:
Aluminium erzeugt oft große Spanvolumen. Die Späne sind häufig lang, zäh und neigen dazu, sich zu verwickeln, was den Abtransport aus der Bearbeitungszone und der Maschine erschwert.

Ursachen für ungünstiges Spanverhalten:
Die geringe Härte und die hohe Zähigkeit vieler Aluminiumlegierungen erschweren den kurzen Spanbruch. Verstärkt wird dies durch ungeeignete Werkzeuggeometrien, unpassende Schnittparameter oder mangelnde Kühlung und Schmierung. Die langen Späne können sich dann um Werkzeuge wickeln oder Fördersysteme blockieren.

Folgen eines unzureichenden Späne Managements:
Dies führt oft zu Maschinenstillständen wegen blockierter Späneförderer, kann Oberflächenschäden durch mitgerissene Späne verursachen, die Kühlung und Schmierung an der Schneide beeinträchtigen und erfordert einen hohen Reinigungsaufwand.

Wie der KSS das Spänemanagement unterstützt:
Ein geeigneter KSS unterstützt das Spänemanagement signifikant, obwohl er den Spanbruch nur begrenzt beeinflusst. rhenus TY 155 L sorgt durch seine hohe Spülwirkung, bedingt durch optimierte Viskosität und Netzfähigkeit, für einen effektiven Abtransport der Späne. Seine gute Filtrierbarkeit ermöglicht zudem eine effiziente Reinigung des KSS. Prozesstechnische Maßnahmen zur Förderung des Spanbruchs bleiben ergänzend wichtig.

Die beschriebenen Phänomene verstärken sich oft gegenseitig. Reduzierte Werkzeugstandzeiten erhöhen Kosten und Stillstände. Qualitätsprobleme steigern Ausschuss und Nacharbeit. Prozessinstabilitäten reduzieren die Overall Equipment Effectiveness Letztlich führen unzureichend beherrschte Aluminiumprozesse zu höheren Stückkosten und geringerer Wettbewerbsfähigkeit. Die KSS-Wahl ist daher eine strategische Entscheidung mit direkter Auswirkung auf das Betriebsergebnis.

Meistern Sie die Herausforderungen durch einen zweistufigen Ansatz: Optimieren Sie Prozessparameter und wählen Sie den passenden KSS.

Faktor 1: Den Zerspanungsprozess ganzheitlich analysieren und optimieren

Bedeutung der Analyse:
Bevor spezifische Maßnahmen wie die KSS-Auswahl erfolgen, ist die strategische Bewertung des gesamten Zerspanungssystems essenziell. Optimierungspotenziale liegen oft in den komplexen Wechselwirkungen der Einzelkomponenten.

Konkrete Analysebereiche:
Für maximale Prozesssicherheit bei Aluminium ist die Bewertung der komplexen Wechselwirkungen entscheidend. Validieren Sie die Abstimmung zwischen der spezifischen Legierung und der eingesetzten Werkzeugtechnologie inklusive der gewählten Prozessparameter. Beurteilen Sie die dynamische Systemsteifigkeit von Maschine und Aufspannung kritisch. Stellen Sie abschließend ein durchgängig optimiertes Kühlschmierstoff-Management sicher – von der Zufuhr über die Zustandspflege bis zur Filtration und Wasserqualität.

Ziel der Analyse:
Ein stabiler, reproduzierbarer Prozess durch optimal abgestimmte Komponenten.

Faktor 2: Die spezifischen Anforderungen an einen Aluminium-Kühlschmierstoff verstehen

Zentrale Rolle des KSS:
Der KSS ist in der Aluminiumzerspanung multifunktional. Eine ungeeignete Formulierung verstärkt Probleme. Die Auswahl erfordert spezifische Leistungsanforderungen.

Detaillierte KSS-Anforderungen für Aluminium:
Ein Hochleistungs-KSS für Aluminium muss folgende Eigenschaften vereinen:

Wir haben mit rhenus TY 155 L einen wasserlöslichen KSS entwickelt, exakt zugeschnitten auf die komplexen Anforderungen der Aluminiumzerspanung. Seine fortschrittliche Formulierung adressiert die Herausforderungen gezielt für maximale Prozesssicherheit und Wirtschaftlichkeit.

Mit rhenus TY 155 L die Aluminium-Herausforderungen adressiert

Die Leistungsfähigkeit von rhenus TY 155 L basiert auf Synergien, sodass Herausforderungen bei der Bearbeitung von Aluminium gar nicht erst entstehen. Gegen Aufbauschneiden wirkt seine extrem druckstabile EP-Additivierung, was Maßhaltigkeit sichert und Werkzeugstandzeiten verlängert. Gegen Fleckenbildung helfen die hohe Emulsionsstabilität, der optimale pH-Wert und das optimierte Rückstandsverhalten für perfekte Oberflächen. Gegen Korrosion schützt ein spezielles Inhibitorenpaket zusammen mit der pH-Stabilität die Aluminiumoberfläche zuverlässig. Gegen Schaumbildung garantiert das ausgezeichnete Entschäumungs- und Luftabscheidevermögen einen stabilen Betrieb auch bei Hochdruck. Und für gutes Spänemanagement sorgt die optimierte Viskosität und Netzfähigkeit für eine exzellente Spülwirkung.

Zusätzliche Vorteile für anspruchsvolle Anwendungen
Über die Lösung hinaus bietet rhenus TY 155 L weitere entscheidende Vorteile:

Die Zerspanung von Aluminium muss keine Herausforderung bleiben. Systematische Prozessanalyse und die Wahl eines technologisch führenden KSS wie rhenus TY 155 L führen nachhaltig zu höherer Prozesssicherheit, besserer Bauteilqualität und gesteigerter Wirtschaftlichkeit.

„Mit rhenus TY 155 L bieten wir einen mineralölfreien Kühlschmierstoff an, der die spezifischen Anforderungen fleckenempfindlicher Aluminiumlegierungen erfüllt und höchste Prozesssicherheit in der Zerspanung gewährleistet“, so Joachim Clausen, Leiter Produktmanagement KSS bei Rhenus Lub.

Nutzen Sie das Potenzial von rhenus TY 155 L für Ihre Fertigung. Unsere Experten unterstützen Sie gerne: