Vollständiger Leitfaden: CVD-diamantbeschichtete Werkzeuge für die Bearbeitung von Aluminiumlegierungen
1. Die größten Herausforderungen bei der Aluminiumbearbeitung
Aluminiumlegierungen finden breite Anwendung in Gehäusen für Elektrofahrzeuge, in der Luft- und Raumfahrt sowie in 3C-Kühlkörpern. Man unterscheidet zwischen siliziumarmem Aluminium (Si < 8 %) und siliziumreichem Aluminium-Druckguss (Si 10–30 %). Unbeschichtete Hartmetall- und TiAlN-beschichtete Schneidwerkzeuge weisen drei Kernfehler auf:
- Aluminium zeichnet sich durch eine hohe Duktilität aus, wodurch sich unter der Schneidhitze leicht Aufbauschneiden bilden, die zu Graten, Kratzern und einer schlechten Spiegelglanzoberfläche führen;
- Freie Siliziumpartikel im hochsiliziumhaltigen Aluminium erreichen eine Härte von 1000 HV; starker abrasiver Verschleiß stumpft normale Hartmetallkanten innerhalb kurzer Bearbeitungszeit ab.
- Die mangelhafte Wärmeableitung herkömmlicher Schneidwerkzeuge führt zu thermischer Verformung dünnwandiger Aluminiumteile und instabilen Maßtoleranzen in der Massenproduktion.
2. Kernvorteile der CVD-Diamantbeschichtung für Aluminium
- Antihaftwirkung bei extrem niedriger Reibung: Der Reibungskoeffizient zwischen Diamantfilm und Aluminium beträgt nur 0,04 bis 0,1, wodurch Aufbauschneiden effektiv vermieden wird; die Oberflächenrauheit Ra beträgt beim Trockenschneiden 0,2 bis 0,8 μm.
- Überlegene Abriebfestigkeit gegenüber Siliziumkörnern: Die Diamanthärte erreicht 9000–10000 HV, ist also 5-mal härter als Wolframkarbid; die Werkzeugstandzeit verlängert sich bei hochsiliziumhaltigem Aluminium um das 8- bis 12-fache.
- Ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit: Die Wärmeleitfähigkeit von 1200–2000 W/(m·K) führt die Schnittwärme schnell ab und minimiert die thermische Verformung von Präzisionsbauteilen mit dünner Wandung;
- Kompatibel mit der Hochgeschwindigkeits-Trockenbearbeitung: Kein Kühlmittel erforderlich, umweltfreundlich für Werkstätten mit neuer Energieerzeugung, reibungsloser Spanabtransport ohne Verstopfung der Schneidkanten.
3. Empfohlene Werkzeugauswahl
- Siliziumarmes Aluminium 6061/7075 für die Luft- und Raumfahrt: 2-schneidige, nanodiamantbeschichtete Schaftfräser für spiegelglattes Finish;
- Hochsiliziumhaltiges ADC12 / A380 Druckgussaluminium: Dicke Mikron CVD-Diamantschneider für kombinierte Schrupp- und Schlichtbearbeitung;
- Aluminiumteile mit tiefen Hohlräumen: Diamantbeschichtete Schaftfräser mit verlängerter Schneidenzahl und verbesserter Haftung der Beschichtung für das Schneiden großer Überhänge.
4. Empfohlene Bearbeitungsparameter
Schnittgeschwindigkeit Vc: 200–800 m/min; Vorschub pro Zahn fz: 0,1–0,3 mm/z; Trockenbearbeitung bevorzugt, MQL-Mikroschmierung optional. Gleichlauffräsen empfohlen, um Schneidkanten zu reduzieren.
5. Hauptanwendungsbranchen
NEV-Druckgussteile, Strukturbauteile aus Aluminium für die Luft- und Raumfahrt, Aluminiumrahmen für Unterhaltungselektronik, Kühlkörper für Flüssigkeitskühlung, Radnaben aus Aluminium.
6. Einschränkungen
Stahl, Titan oder Nickellegierungen dürfen nicht bearbeitet werden. Eisen- und Titanwerkstoffe reagieren bei hohen Temperaturen mit Diamantkohlenstoff und lösen die Diamantbeschichtung rasch auf.
