Oberflächenbearbeitung von Aluminium

Andrea Gillhuber,

Aluminium gekonnt schleifen

Aluminium ist ein ganz besonderes Metall. Das Leichtmetall ist gekennzeichnet durch spezielle Eigenschaften bei spanender Bearbeitung. Das gilt natürlich auch für das Schleifen. Für optimale Oberflächenergebnisse müssen bestimmte Bearbeitungsregeln eingehalten und Schleiftechniken angewendet werden. 

Oberflächenbearbeitung von Aluminium. © 3M

Aluminium ist ein Leichtmetall, das beim Schleifen sehr stark zum Schmieren neigt, sodass offene Schleifbeläge oder spezielle Beschichtungen gegen Zusetzung zum Einsatz kommen. Das Zerspanungsverhalten variiert je nach Legierung, zum Beispiel Duraluminium, da das Material je nach Anwendungsfall zäher oder auch härter und spröder sein kann. Der ausgeübte Schleifdruck ist entsprechend der Werkstoffhärte anzupassen. Aluminium hat als NE-Metall (Nichteisenmetall) eine viermal so große Wärmeleitfähigkeit wie Metalle auf Eisenbasis, wodurch sich die beim Schleifen entstehende Wärme besser ableitet.

Die Schnittgeschwindigkeit ist bei Bandschleifanwendungen auf Aluminium nach Möglichkeit mit 35 bis 40 m/s höher anzusetzen als bei Eisenmetallen, was sich wiederum auf die Abtragsraten und die Standzeit des verwendeten Werkzeugs auswirkt. Hochleistungsschleifbänder mit präzisionsgeformtem Cubitron-II-Keramikkorn mit Körnung 36+, 60+, 80+ bieten optimale Schleifqualität für einen schweren Abtragsschliff sowie das Anfasen. Einsatzbereiche für größtenteils stationäre Schleifbandanwendungen finden sich beispielsweise im Behälterbau oder in Aluminium-Gießereien.

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Zum Entfernen von Korrosion, Farbschichten oder anderen Anhaftungen auf Aluminiumoberflächen eignen sich beispielsweise Grobreinigungsscheiben auf Basis der Scotch-Brite-Technologie von 3M. Das Ziel der Bearbeitung besteht darin, mit wenig Druck die entsprechende Schicht zu entfernen und gleichzeitig die Gefahr des Unterschleifens zu minimieren, da tiefe Schleifriefen anschließend unter hohem Aufwand manuell herausgeschliffen werden müssten.

Eventuell vorhandene Schweißnähte lassen sich beispielsweise mit dem Winkelschleifer mit einer feinen Fiberscheibe in 120+ Körnung entfernen. Hier bieten sich Cubitron-II-Fiberscheiben 787C an, verfügbar in den Körnungen 36+ bis 120+. Fiberscheiben ermöglichen schnelle Schleifprozesse mit hoher Abtragsleistung bei gleichzeitig schneller Arbeitsgeschwindigkeit und langer Standzeit.

Schnell wechselbare Klettscheiben wie die Cubitron II 947A Hookit (Körnung 40+ bis 120+) für einen einfachen und schnellen Austausch des Schleifmittels bieten weitere Vorteile in Bezug auf Arbeitseffizienz.

Tipp: einen neuen Schleif- und Polierprozess vorab an einem Musterteil erproben.

Aluminium schleifen – so funktioniert es

Prinzipiell funktioniert der Schliff von Aluminium wie bei anderen Metallen auch. Für größere, gut zugängliche Flächen auf transportablen Werkstücken bietet sich etwa die Bearbeitung auf einer Langband-Schleifmaschine an. Alternativ werden Winkel- und Exzenterschleifer zum manuellen Schleifen eingesetzt. Für ein gutes Schleifergebnis bei Aluminiumteilen sind jedoch einige Grundregeln zu beachten. In der Folge werden Hinweise zu einem beispielhaften manuellen Bearbeitungsprozess von Aluminiumblechen gegeben. Letztlich entscheidet der Kundenwunsch darüber, bis zu welchem Schliffbild der Prozess durchgeführt wird.

  • Für einen hohen Abtrag erfolgt der Schleifprozess anfangs mit einer 80er-Körnung, die mit den folgenden Arbeitsschritten verfeinert wird, um die Schleifriefen des vorhergehenden Durchganges auszuschleifen. Unebenheiten lassen vermeiden, indem bereits frühzeitig auf einen Exzenterschleifer im Kreuzschliffverfahren gewechselt wird. Zum Beseitigen von tiefen Kratzern muss anfangs gegebenenfalls mit leicht erhöhtem Schleifdruck gearbeitet werden.
  • Nach jedem Bearbeitungsschritt sollte die Oberfläche mittels Reiniger und Lappen von Schleifpartikeln gereinigt werden.
  • Für feinere Oberflächen lassen sich Hookit-Filmscheiben wie die 775L (Körnung 80+ bis 400+) einsetzen, darüber hinaus bietet beispielsweise die 375L-Produktreihe die Möglichkeit, bis auf 1500er-Körnungen zu gehen.
  • Polierschritte gelingen ab einer 800er-Körnung. Je nach Anforderung lässt sich der Polierprozess in weiteren Schritten bis zum Hochglanzfinish fortführen.

Tipp: Beim Schleifen von Aluminium-Werkstücken dürfen keine Werkzeuge verwendet werden, die zuvor für das Schleifen anderer Metalle, insbesondere Eisen- und Stahlwerkstoffe, eingesetzt wurden. Derartige Schleifrückstände, die so in das Aluminium eingearbeitet werden, können später zu Korrosion führen.

Das Mattieren von Aluminium geschieht normalerweise, um eine besondere optische Wirkung zu erzielen. Dabei soll das beim Schleifen entstandene Strukturbild zwar beibehalten, die Oberfläche jedoch nachgeglättet werden, da sie nach der Bearbeitung mit dem Schleifkorn noch relativ rau ist. Die Spitzen im Rauigkeitsprofil in Form von Flächengraten müssen also durch Folgearbeitsgänge in Schleifstrichrichtung beseitigt werden. Zu diesem Zweck werden vornehmlich Kunstfaservliese beziehungsweise Vliesbänder aus der Scotch-Brite-Serie wie beispielsweise das Vliesband SC-BL verwendet. Generell gibt es bei der Oberflächenbearbeitung meist konstruktiv beziehungsweise funktionell vorgegebene Rautiefen (Ra, Rz, Rmaxin μm), welche einzuhalten sind. Dies gilt zum Beispiel für die Hygieneanforderungen in der Lebensmittelindustrie.

Tipp: Wird über mehrere Körnungen mit dem Winkelschleifer gearbeitet, empfiehlt es sich, innerhalb eines Schleifdurchgangs mit gleicher Körnung stets die gleiche Schleifrichtung beizubehalten. Ein Kreuzschliff mit derselben Körnung sollte vermieden werden, da sonst nicht erkennbar ist, ob der nächste 90° zu versetzende Schleifdurchgang den vorherigen Schliff vollständig verblendet hat.

Beim Exzenterschliff lässt sich diese optische Kontrolle aufgrund des unregelmäßigen Schliffbildes nur bedingt anwenden. In diesem Fall wird die Messung der Oberflächenrauigkeit empfohlen, um sicherzustellen, dass die Schleifriefen aus dem Vorschliff erfolgreich entfernt wurden.

Schleifplättchen im präzisionsgeformtem Cubitron-II-Keramikkorn. © 3M

Am Markt sind darüber hinaus Fächerschleifscheiben von 3M mit Cubitron II (präzisionsgeformtes Korn mit einheitlicher dreieckiger Schleifkorngeometrie und -größe) mit guter Zerspanleistung erhältlich. Diese Schleifscheiben sind in konischer und flacher Ausführung verfügbar.

Bei Fächerschleifscheiben sind flexible Lamellen mit Schleifmitteln fächerförmig um die Werkzeugachse angeordnet. Sie eignen sich bei Aluminium unter anderem für Schleifarbeiten beispielsweise im Behälter- und Apparatebau an Bauteilen, die mit Radien versehen sind, zum Entgraten von Kanten, Konturen und Durchbrüchen, zum Anfasen, zum Verputzen von Schweißnähten sowie für den Vorschliff bei flächigen Bearbeitungen.

Als preisgünstige Möglichkeit für einfache manuell erzeugte Schliffbilder lassen sich zudem Handpads, zum Beispiel aus der 3M Scotch-Brite-Serie, nennen. In Verbindung mit einem Handschleifklotz können zudem auch Anlauffarben im Bereich von WIG-Nähten entfernt werden.

Sicherheit geht vor

Feiner Aluminiumstaub, der beim Bürsten, Schleifen sowie Polieren entsteht, kann in Verbindung mit dem Luftsauerstoff ein explosionsfähiges Gemisch bilden. Als Zündquelle genügt oft bereits eine statische Entladung. Dies gilt besonders für Staubpartikel unter 500 µm. Deshalb sollte man bei Schleifen von Aluminium die folgenden Regeln unbedingt beachten:

  • Stäube unmittelbar mit geeigneter Absaugung aufnehmen, zum Beispiel Nassentstauber,
  • alle Zündquellen aus dem Bearbeitungsumfeld entfernen,
  • verwendete Schleifgeräte müssen den ATEX-Anforderungen entsprechen,
  • parallele Bearbeitung von funkenreißenden Werkstoffen in der Umgebung vermeiden,
  • geeignete persönliche Schutzausrüstung verwenden, sowie Feuerlöschausrüstung bereithalten.

Beim Umgang mit potenziell toxischen Aluminiumpartikeln in lungengängiger Größe besteht die Gefahr von chronischen Lungenkrankheiten wie Aluminose (Aluminiumasthma), Krebserkrankungen sowie Schädigung des zentralen Nervensystems. Daher wird die Benutzung von geeignetem Atemschutz dringend empfohlen, um beim Schleifen keine Aluminiumstäube einzuatmen. Hier bietet 3M ein breites Spektrum von Arbeitsschutzprodukten sowie kompetente Beratung bei der Auswahl geeigneter persönlicher Schutzausrüstung an.

Fynn Rosenau, Advanced Application Engineer bei 3M / ag

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