Gewicht sparen, ohne Festigkeit zu verlieren – Aluminium­legierungen im Drehteile-Vergleich.

Aluminium ist im Drehteile-Markt seltener als oft angenommen. Die meisten Industrie-Anwendungen kommen mit Edelstahl- oder Automatenstahl wirtschaftlich besser zurecht. Wo aber Gewicht zählt, ist Aluminium konkurrenzlos. Dieser Artikel beleuchtet die wichtigsten Legierungen.

Aluminium hat etwa ein Drittel der Dichte von Stahl bei ähnlicher spezifischer Festigkeit (Festigkeit pro Gewicht) in den hochfesten Legierungen. Damit ist Aluminium die Werkstoff­wahl für leichte, mechanisch belastete Bauteile. Typische Anwendungs­felder: Luft- und Raumfahrt, hochwertiger Maschinen­bau, Robotik, Sensorik mit Gewichts­anforderung.

Die wichtigste Legierung für CNC-Drehteile ist AlCuMgPb (Werkstoff-Nr. 3.1645, alt 2007). Sie enthält Kupfer, Magnesium und Blei – letzteres als Spanbrecher. Sehr gute Zerspanbarkeit, hohe Festigkeit (Rm ≈ 380 MPa), gute Eloxier­barkeit. Standard-Wahl für mittel- bis hochbelastete Aluminium-Drehteile.

Für höchste Festigkeit kommt AlZnMgCu1,5 (3.4365, alt 7075) zum Einsatz. Zugfestigkeit über 500 MPa – nahezu an Stahl heran, bei einem Drittel des Gewichts. Schlechter zerspanbar als 2007, aber dort gefragt, wo die Festigkeit kritisch ist. Standard in Luft- und Raumfahrt-Anwendungen.

AlMgSi1 (3.2315, alt 6082) ist eine Schmiede­legierung mit guter Korrosions­beständigkeit – die typische Wahl für Bauteile, die ohne Oberflächen­schutz draußen oder in feuchter Umgebung eingesetzt werden. Schlechter zerspanbar als 2007 oder 7075, aber bei korrosiven Anwendungen die richtige Wahl.

Die Zerspanung von Aluminium ist anspruchsvoll, weil Aluminium zur Aufschweißung am Werkzeug neigt. Auf unseren Swiss-Type-Maschinen verwenden wir spezielle Werkzeug­geometrien und scharfe Schneiden für Aluminium-Bearbeitung. Kühlmittel-Strategie ist ebenfalls anders als bei Stahl – meist mit höheren Drücken und feineren Düsen.

Wirtschaftlich-Hinweis: Aluminium ist im Werkstoff­preis ähnlich Edelstahl, in der Bearbeitung schneller. Aber: Ohne Oberflächen­schutz (Eloxal, Beschichtung) ist Aluminium in Industrie­umgebung korrosions­empfindlich. Die Veredelungs­kosten machen den Stückpreis oft wieder vergleichbar mit Edelstahl. Aluminium wirklich nur einsetzen, wenn Gewicht funktional zählt.

Aushärtbare Aluminiumlegierungen liefern wir im passenden Wärmebehandlungszustand, dem sogenannten Temper. T4 bezeichnet lösungsgeglühtes und kaltausgelagertes Material, T6 zusätzlich warmausgelagert auf maximale Festigkeit. T3 steht für kaltverfestigtes Material nach Lösungsglühen, T651 ergänzt T6 um ein kontrolliertes Recken zum Abbau innerer Spannungen. Für enge Toleranzen ist gerade T651 wichtig, weil spannungsarmes Material nach dem Zerspanen kaum verzieht. Höhere Festigkeit verschlechtert tendenziell die Spanbildung, daher stimmen wir Werkzeug und Schnittwerte auf den jeweiligen Zustand ab.

Das Anodisieren, im Sprachgebrauch Eloxieren, erzeugt eine in den Werkstoff hineinwachsende Oxidschicht. Übliche Schichtdicken liegen bei 5 bis 25 µm und bieten Korrosions- sowie Verschleißschutz, elektrische Isolation und definierte Optik samt Einfärbung. Beim Hartanodisieren entstehen deutlich dickere und härtere Schichten für hochbelastete Teile. Wichtig für die Konstruktion: Die Schicht wächst etwa zur Hälfte nach außen, der Durchmesser nimmt also messbar zu. Diesen Maßzuwachs berücksichtigen wir bereits bei der Festlegung der Fertigmaße vor der Beschichtung.

Aluminium neigt beim Drehen zu Gratbildung und zur Aufbauschneide, bei der sich Werkstoff an der Schneidkante anlagert und Kanten ausreißt. An Querbohrungen, Nuten und Gewindeausläufen entstehen dadurch Grate, die Funktion, Montage und Beschichtung stören. Deshalb planen wir das Entgraten fest in den Prozess ein, je nach Geometrie manuell, durch Gleitschleifen im Vibrationsbehälter oder durch gezielte Bearbeitungsstrategie. Diese Nacharbeit verursacht zusätzlichen Zeit- und Stückkostenanteil, den wir im Angebot offen ausweisen, statt ihn verdeckt einzurechnen.

Aluminium dehnt sich mit rund 23 µm je Meter und Kelvin etwa doppelt so stark wie Stahl. Bei einem 100 mm langen Teil bedeutet eine Temperaturänderung von 10 Kelvin bereits gut 23 µm Maßänderung, was IT6 oder feiner sprengen kann. Enge Toleranzen prüfen wir daher temperiert bei 20 Grad Celsius und lassen Teile vor der Messung angleichen. Bei Paarungen aus Aluminium und Stahl beachten wir zudem die unterschiedliche Wärmedehnung, damit Passungen über den gesamten Einsatztemperaturbereich sicher funktionieren.

Ein konstruktiver Sonderfall sind Gewinde in Aluminium. Wegen der im Vergleich zu Stahl geringen Festigkeit verschleißen direkt geschnittene Innengewinde unter wiederholter Montage schnell und neigen zum Ausreißen. Für hoch belastete oder oft gelöste Verbindungen empfehlen wir deshalb Gewindeeinsätze (etwa Drahtgewinde- oder selbstschneidende Einsätze) oder eine großzügigere Gewindelänge. Wer das bereits in der Konstruktion berücksichtigt, vermeidet teure Nacharbeit. Wir weisen bei Aluminium-Drehteilen mit tragenden Gewinden frühzeitig auf diesen Punkt hin und stimmen die sinnvollste Lösung mit Ihnen ab.

Wir prüfen Machbarkeit, schlagen Optimierungen vor und melden uns binnen 48 Stunden mit einer ersten Einschätzung.