Aluminium schneiden

Das Schneiden von Nichteisenmetallen ist problematisch. Dies ergibt sich aus ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften. Diese Metalle neigen beim Schneiden dazu, weich zu werden, sich zu verformen und unter dem Werkzeug zu „fließen“, insbesondere wenn die Temperatur während des Schnitts deutlich ansteigt.

Sichtbare Folgen sind ausgeprägte Grate und eine allgemeine Verformung des Werkstücks an den Kanten in Wirkrichtung des Werkzeugs beim Schneiden (Abb. 1).

Aus diesem Grund wurden für das Schneiden dieser Materialien Werkzeuge mit speziellen Eigenschaften entwickelt, die unerwünschte Phänomene beim Schneiden weitgehend eliminieren.

Um zu verstehen, warum das Schneiden von Nichteisenmetallen andere Probleme mit sich bringt als beispielsweise das Schneiden von Stahl, erklären wir zunächst, wie sich Nichteisenmetalle von Eisenmetallen unterscheiden.

Wir verdeutlichen dies durch einen Vergleich der physikalischen und chemischen Eigenschaften typischer Vertreter beider Metallgruppen: Aluminium und Eisen.

Abb. 1. Grate nach dem Schneiden von Aluminium

Obwohl beide Materialien Metalle sind, unterscheiden sie sich erheblich:

• Dichte: Eisen ist schwerer und hat eine spezifische Dichte von 7,87g/cm³, im Gegensatz zu Aluminium mit einer spezifischen Dichte von 2,7g/cm³.
• Festigkeit: Eisen ist fester und härter als Aluminium.
• Wärmeleitfähigkeit: Eisen hat eine deutlich geringere Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu Aluminium.
• Schmelztemperatur: Eisen hat einen höheren Schmelzpunkt, etwa 1538°C (Aluminium: 660°C).

Diese Unterschiede ergeben sich aus ihrer atomaren Struktur und den metallischen Bindungen.

Atomstruktur: Eisen hat eine komplexere Kristallstruktur mit einer typisch kubisch-raumzentrierten Anordnung. Diese Anordnung der Atome führt dazu, dass Eisen stärkere Bindungen aufweist und widerstandsfähiger gegen Verformungen ist. Im Gegensatz dazu hat Aluminium eine kubisch-flächenzentrierte Kristallstruktur, die eine leichtere Verformung ermöglicht, da diese Strukturen mehr Ebenen haben, auf denen die Atome leichter gleiten können.

Atomare Bindungen: Die Bindungen in Eisen sind stärker, da es eine höhere Anzahl delokalisierter Elektronen in der Atomstruktur hat, die zu stärkeren metallischen Bindungen beitragen. Diese Bindungen erfordern mehr Energie, um überwunden zu werden, was zur höheren Härte und Festigkeit von Eisen führt.

Atommasse und Atomgröße: Die größeren Aluminiumatome sind im Kristallgitter weiter voneinander entfernt, was die Stärke der Wechselwirkungen zwischen ihnen verringert.

Es gibt noch weitere Unterschiede (Magnetismus, Korrosion usw.), diese haben jedoch keinen Einfluss auf das Verhalten des Materials bei der Bearbeitung.

In der Praxis wird jedoch selten reines Aluminium oder Eisen verwendet. Diesen Rohstoffen werden immer weitere Zusätze (Legierungen) beigemischt, die die Eigenschaften des Materials je nach Verwendungszweck des Endprodukts verändern – diese gezielten Eigenschaftsänderungen können den Unterschied zwischen den beiden Metallen noch vergrößern.

Mit welchen Werkzeugen und Methoden wird Aluminium geschnitten?

Unter industriellen Bedingungen, insbesondere dort, wo höhere Anforderungen an die Präzision und Sauberkeit des Schnitts sowie unterschiedliche Materialstärken gestellt werden, kommen beispielsweise Kreissagen, Bandsägen und Kappsägen für Metall mit geeigneter Anordnung, Schneidgeometrie und Zahnabstand zum Einsatz. Besonders mit einer Kappsäge lassen sich hervorragende Ergebnisse erzielen. Es muss jedoch sichergestellt werden, dass die einzelnen Zähne einen gleichmäßigen Griff haben, weshalb ein maschineller Vorschub der Säge gegenüber dem Werkstück ideal ist. Eine Kühlung von Werkstück und Werkzeug ist nicht zwingend erforderlich, hilft aber, einen noch saubereren Schnitt zu erzielen, insbesondere bei dickeren Profilen. Zur Kühlung können verschiedene Kühlmittel verwendet werden, bei Sägeblättern wird zum Schneiden von Nichteisenmetallen vor allem Terpentin eingesetzt.

Abb. 2. Schnittfläche eines Aluminiumprofils beim Laserschneiden

Für anspruchsvollste Anwendungen, bei denen ein perfekter Schnitt auch bei dickeren Werkstücken ohne die Notwendigkeit einer anschließenden Oberflächenbehandlung durch Schleifen oder Polieren erforderlich ist, eignen sich technisch fortschrittliche Methoden wie Laserschneiden (Abb. 2), Hochdruck-Wasserstrahlschneiden oder Plasmaschneiden. Bei den letzten beiden Methoden ist Vorsicht geboten, da sie thermisch beeinflusste Zonen im Werkstück erzeugen können.

Alle diese Methoden erfordern den Einsatz relativ teurer und komplexer Werkzeuge und Technologien.

Nichteisenmetalle können jedoch auch mit einfacheren, finanziell deutlich weniger anspruchsvollen mechanischen Methoden geschnitten werden. Dies ist vor allem das Sägen mit Werkzeugen, die relativ weit verbreitet sind, sei es eine Säbelsäge, eine Stichsäge oder eine Handkreissäge.

Wenn Sie eine Säbelsäge zur Verfügung haben, können Sie diese erfolgreich zum Schneiden von Aluminiumprofilen einsetzen. Bei Verwendung eines geeigneten Sägeblatts ist das Ergebnis recht zufriedenstellend. Es muss jedoch berücksichtigt werden, dass eine zusätzliche Oberflächenbehandlung durch Schleifen oder Polieren unumgänglich ist, wenn eine saubere Schnittfläche gefordert wird. Geeignet ist jedes Bimetall-Sägeblatt zum Sägen von Metallen oder Metallprofilen. Die Schnittgeschwindigkeit und -qualität (Sauberkeit) hängen jedoch vom Zahnabstand und der Schneidgeometrie ab. Meist handelt es sich um wechselseitig rechts und links geschränkte gefräste Zähne mit MS-Schneidgeometrie (milled & side set), bei kleineren Abständen um gewellte gefräste Zähne mit MWS-Schneidgeometrie (milled & wavy set).

Zur Veranschaulichung haben wir ein Aluminium-Konstruktionsprofil 40x40mm mit Innenstegen mit unseren Sägeblättern HERMAN RX-41F SteelCut und HERMAN RX-61F SteelCut geschnitten. Das erste ist für das Sägen von dickwandigen Metallen mit einer Dicke von 4-12mm konzipiert, hat einen Zahnabstand von 8-10 TPI (Abstand zwischen den Zähnen 2,5-3,2mm) und eine MS-Geometrie.

Das zweite ist für das Schneiden von dünnwandigen Metallen mit einer Dicke von 1-4mm bestimmt, hat einen Zahnabstand von 18 TPI (Abstand zwischen den Zähnen 1,4mm) und gewellte gefräste Zähne mit MWS-Geometrie. Wie die Schnittfläche des Aluminiumprofils nach dem Schneiden mit diesen Werkzeugen aussieht, sehen Sie in Abb. 3.

Es ist erkennbar, dass die Grate beim feineren Sägeblatt etwas kleiner sind. Das Schneiden dauerte logischerweise etwas länger (RX-41F SteelCut – 12 Sekunden, RX-61F SteelCut – 15 Sekunden).

Abb. 3. Schnittfläche eines Aluminiumprofils beim Schneiden mit einer Säbelsäge. Sägeblatt RX-41F SteelCut (A) und Sägeblatt RX-61F SteelCut (B)

Abb. 4. Schnittfläche eines Aluminiumprofils beim Schneiden mit einer Stichsäge. Sägeblatt JX-51F (A) und Sägeblatt JX-71F (B)

Falls keine Säbelsäge zur Hand ist, Sie aber eine Stichsäge besitzen, können Sie damit Nichteisenmetalle mit annähernd gleichen Ergebnissen schneiden. Zum Vergleich haben wir wieder zwei Sägeblätter mit unterschiedlichen Eigenschaften gewählt: HERMAN JX-51F SteelCut für das Schneiden von Metallwerkstoffen mit einer Wandstärke von 2,5-6,0mm, mit einem Zahnabstand von 12 TPI (Abstand zwischen den Zähnen 2,1mm) und MWS-Geometrie, sowie HERMAN JX-71F SteelCut für das Schneiden von dünnen Blechen einer Dicke von 0,4-1,5mm, mit einem Zahnabstand von 32 TPI (Abstand zwischen den Zähnen 0,75mm) und MWS-Geometrie. In diesem Fall hatte das Sägeblatt sehr feine Zähne mit sehr geringem Abstand, und die Schnittgeschwindigkeit war wesentlich langsamer – verursacht durch das Zusetzen der Zähne mit Aluminiumspänen und den dadurch deutlich reduzierten Materialabtrag. In der Optik der Schnittfläche ist kein großer Unterschied zu sehen (Abb. 4).

Ob Sie nun eine Säbelsäge oder eine Stichsäge verwenden, das Funktionsprinzip dieser Werkzeuge schlägt sich im Ergebnis nieder: Die Vibrationen des Werkzeugs übertragen sich auf das Werkstück und hinterlassen Spuren in Form von Riefen. Die Schnittgeschwindigkeit ist beim Sägen mit diesen Werkzeugen gering, und am Schnitt ist praktisch jede Bewegung des Sägeblatts zu sehen. Wenn Sie sich die Mühe machen würden, die Riefen am Werkstück zu zählen, würden Sie feststellen, dass jeder Hub der Säge während des Schneidens seine eigene Spur auf der Schnittfläche hinterlassen hat. Darüber hinaus ist es beim Schneiden von Metallen mit diesen Werkzeugen recht schwierig, die Schnittlinie exakt von Hand zu halten.

Wenn Sie einen wesentlich saubereren Schnitt erzielen wollen, müssen Sie zu einer Handkreissäge greifen. Bei deren Einsatz mit dem Sägeblatt HERMAN CX-30 AlCuCut sieht die Schnittfläche wesentlich besser aus (Abb. 5).

Dieses Blatt mit einem Durchmesser von 160mm wurde speziell für das Schneiden von Nichteisenmetallen mit Handkreissägen entwickelt. Ganze 48 wechselseitig flache und trapezförmige Zähne aus Hartmetall mit einem Zusatz von 6% Kobalt und einem positiven Spanwinkel sorgen für eine sehr akzeptable Schnittsauberkeit. Zur Verringerung der Reibung auch bei seitlichem Auslenken des Werkzeugs trägt der geringfügige Überstand der Zähne über den Rand des Blattkörpers bei, und auch die deutlich höhere Schnittgeschwindigkeit hat einen großen Einfluss auf die Sauberkeit des Schnitts. Das Blatt hat einen dünnen Körper und eine glatte Oberfläche. Im Vergleich zur Säbelsäge oder Stichsäge ist die Bewegungsgeschwindigkeit des Werkzeugs gegenüber dem Werkstück höher und die Bewegungsrichtung des Werkzeugs verläuft immer in die gleiche, konstante Richtung. Zur sauberen Profilierung des Schnitts trägt neben den sehr harten und präzisen Zähnen auch die Tatsache bei, dass es wesentlich einfacher ist, eine gerade Schnittlinie einzuhalten.

Abb. 5. Schnittfläche eines Aluminiumprofils beim Schneiden mit einer Kreissäge unter Verwendung des Sägeblatts CX-30 AlCuCut

Fazit

Alle beschriebenen Methoden zum Schneiden von Nichteisenmetallen haben ihre Vor- und Nachteile. Gemeinsam ist ihnen jedoch, dass Sie für ihre Anwendung Werkzeuge benötigen, die nicht zur Standardausstattung jeder Werkstatt gehören. Mit einer Säbelsäge oder Stichsäge werden Sie niemals so gerade und saubere Schnitte erzielen wie mit einer Kreissäge – der Vorteil liegt jedoch, falls erforderlich, in der Möglichkeit, Kurven zu schneiden. Mit einer Kreissäge und dem richtigen Blatt erzielen Sie einen schönen und sauberen Schnitt, Kurven können Sie jedoch vergessen.

Im folgenden Artikel werden wir besprechen, wie Sie diese Materialien schneiden können, auch wenn Sie keine der oben genannten Sägen besitzen. Es reicht aus, wenn Sie einen universellen Helfer zur Hand haben – den Winkelschleifer.

Schlüsselwörter: Schneiden von Nichteisenmetallen, Aluminiumschneiden, Grate, Schneidgeometrie, Verformung von Nichteisenmetallen, Schneidwerkzeuge, Säbelsäge, Stichsäge, Kreissäge

Quellen:
Internes technisches und Schulungsmaterial von HERMAN
Metallkunde / Jozef Čech

Ing. Anton Tokár

Ich habe Softwareentwicklung studiert und programmiere seit über 25 Jahren aktiv. Aktuell leite ich bei Herman das Team, das unsere Website und E-Commerce-Lösungen entwickelt. Darüber hinaus verfüge ich über langjährige Erfahrung als Technologe in der Schleifmittelherstellung. Meine Freizeit verbringe ich mit meinen Hobbys: Kunst, Motorradfahren, Saxophon, Schwimmen, Reisen, Marias, Schach und Trading.