Durch spanabhebende Verfahren wird aus dem gegossenen oder geschmiedeten Rohling oder aus einem „Vormaterial“ (Halbzeug) beispielsweise einem Stangenabschnitt oder einem aus der Platte gesägten Format das auf Endkontur gebrachte, einbaufähige Bauteil. Es können fünf Techniken der spanenden Bearbeitung von Werkstücken unterschieden werden: Drehen, Fräsen, Sägen, Bohren und Schleifen.

Zerspanungssysteme sind durch verschiedene Kriterien gekennzeichnet: die entstehende Spanform, die Oberflächengüte, die Verschleißwirkung auf das Werkzeug, die erforderlichen Schnittkräfte und Antriebsleistungen und die geometrische Genauigkeit. Je nach Aufgabenstellung und Bearbeitungsverfahren stehen jeweils eines oder auch mehrere Zerspanungskriterien im Vordergrund. Die Summe aller Zerspanungskriterien fasst man unter dem Begriff „Zerspanbarkeit“ zusammen. Die Zerspanbarkeit eines Werkstoffes ist danach keine physikalische Materialeigenschaft, die sich mit einer Kennzahl definieren ließe. Sie kennzeichnet vielmehr die technologische Bearbeitbarkeit im Einzelfall und ist stets im Zusammenwirken mit den Elementen des Zerspanungssystems zu sehen.

Den insgesamt größten Einfluss hat das Zerspanungsverfahren. Streng genommen ist das Urteil über die Zerspanbarkeit von Aluminium jeweils nur für ein Verfahren (Drehen, Bohren, Fräsen und andere) gültig. Infolge seiner großen Verbreitung und wegen der einfachen kinematischen Zuordnung von Werkzeug und Werkstück beziehen sich Aussagen zur Zerspanbarkeit gewöhnlich auf das Drehen. Auf andere Verfahren sind diese Aussagen nicht uneingeschränkt übertragbar.

Der relativ große Einfluss des Werkstoffes sagt aus, dass die Familie der Aluminiumwerkstoffe ein Spektrum verschiedenartiger Werkstoffgruppen mit sehr unterschiedlichen Zerspanungseigenschaften beinhaltet. Um zu einer Klassifizierung zu gelangen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, zwischen verschiedenen Werkstoffgruppen zu unterscheiden.

Hochleistungszerspanen von Aluminium-Knetlegierungen

Ein Beispiel hierfür bildet das Fräsen von dünnwandigen Integralbauteilen aus dicken Platten hochfester Knetlegierungen, wie sie für den Flugzeugbau in Frage kommen. Das Gewicht der pro Teil anfallenden Späne kann dabei bis zu 20-mal größer sein als das Gewicht des fertigen Aluminium-Bauteils. Damit ist die Zielrichtung für die Entwicklung schon angedeutet: es kommt hierbei auf eine hohe Zerspanungsrate an, für die sowohl Werkzeug wie Werkzeugmaschine gerade stehen müssen. So wird beim Hochleistungszerspanen das Ziel „10.000 cm³/min“ heute als erreichbar eingeschätzt; das ist erheblich mehr als die derzeit beim Hochgeschwindigkeitsfräsen (HSC = High Speed Cutting) machbaren 6.000 bis 7.000 cm³/min. Hierbei kommt es nicht nur auf die Drehzahl der Spindel an, sondern auch auf die Größe des Vorschubs, den das Werkzeug aushalten muss. Hochleistung droht natürlich, die Werkzeuge schneller zu verschleißen. Der Verschleiß kann jedoch durch spezielle Maßnahmen, wie zum Beispiel das Beschichten von Werkzeugschneiden, in erträglichen Grenzen gehalten werden.

Ein sehr gelungenes Beispiel für die Zerspanung von Aluminium ist die Coca-Cola-Theke in der Kölnarena: dieses 3-D gezeichnete Bauteil wurde zunächst spanend bearbeitet und teilweise nach dem Spanen gebogen, wodurch die geschwungene Form der ganzen Theke erst vollends zur Geltung gebracht werden konnte.

Drehen

Richtwerte für die Drehbearbeitung haben sich daran zu orientieren, auf welche Zerspanbarkeitskriterien es im Einzelfall besonders ankommt und ob Vorgaben zum Beispiel durch die Maschinenleistung berücksichtigt werden müssen.

Fräsen

Die Zerspanbarkeit durch Fräsen unterscheidet sich von der der Drehbearbeitung in verschiedenen Punkten: Die Spanform ist bei Fräsen nur von untergeordneter Bedeutung, da die Späne in der Spankammer zwangsläufig abtransportiert werden. Die Spankammern sollten geräumig genug sein, um das relativ große Spänevolumen aufzunehmen. Fräser zur Aluminiumbearbeitung haben deshalb eine geringere Zähneanzahl als solche für Stahl. Zum anderen ist die Oberfläche beim Fräsen im Allgemeinen etwas besser als beim Drehen, da die Oberflächenrauheiten durch die nachfolgenden Zähne teilweise eingeebnet werden. Mit Breitschlichtschneiden in Messerköpfen nutzt man diese Verfahrenseigenart gezielt zur Oberflächenverbesserung aus.

Der Verschleiß gehorcht im Wesentlichen den gleichen Gesetzmäßigkeiten wie beim Drehen, insgesamt ist er jedoch infolge der stoßartigen Schneidenbelastung durch zumeist unterbrochenen Schnitt größer. Zudem hängt er von den Eingriffsverhältnissen ab. Anstatt der Schnittkräfte verwendet man beim Fräsen die spezifische Zerspanungsleistung Q (in cm³ Al/kW x min) als Kenngröße. Als Richtwert gilt bei mittlerer Schnittgeschwindigkeit Q ca. 40 cm³ Al/kW x min. Mit wachsender Schnittgeschwindigkeit steigt dieser Wert deutlich an.

Hochglänzende Aluminium-Spiegel, deren Oberflächen mittels Diamantwerkzeug so fein bearbeitet wurden, dass sie mit Genauigkeiten im Submikrometerbereich ohne Nachbearbeitung als Lichtumlenkspiegel eingesetzt werden können, sind eindrucksvolle Beispiele für gedrehte oder gefräste Bauteile.

Bohren

Das Bohren unterscheidet sich von der Drehbearbeitung durch seine kinematischen Besonderheiten und die wesentlich geringere Schnittgeschwindigkeit. Zur Beurteilung der Zerspanbarkeit durch Bohren sind deshalb teilweise andere Bewertungsgesichtspunkte als beim Drehen maßgeblich: Die Maßabweichung (Über- oder Untermaß) hängt vom bearbeiteten Werkstoff und von der Effektivität der Kühlung ab. Scharfe Werkzeuge und reichliche Kühlung mit Emulsionen sind hierfür wichtig. Für eine hohe Oberflächengüte der Bohrungswand sind nachfolgende Arbeitsgänge wie Reiben oder Senken erforderlich. Bei weichen Aluminiumwerkstoffen besteht die Gefahr, dass die Spannuten verstopfen und der Bohrer bricht. Man begegnet dem durch eine Reihe von Maßnahmen, die den Spanablauf begünstigen: Schneidöl, polierte Spannuten, positiver Schnittwinkel. Bei tiefen Bohrungen sind zudem Entspanhübe vorzusehen.

Sägen

Aluminiumwerkstoffe werden mit Kreis- und Bandsägen bearbeitet. Beim Bandsägen arbeitet man mit flexiblen Werkzeugen (Sägebänder), die über Rollen umgelenkt und in gewissen Fällen zusätzlich noch verwunden werden. Zum Kreissägen werden demgegenüber starre Werkzeuge (Sägeblätter) eingesetzt. Aus diesem Unterschied resultieren eine Anzahl charakteristischer Verfahrensmerkmale wie unterschiedliche Schnittleistungen, dickere Schnittkanäle beim Kreissägen und Gratbildung beim Bandsägen.

Schleifen

Zur Bearbeitung von Aluminium dürfen keine Schleif- und Polierwerkzeuge verwendet werden, mit denen vorher Stahl, Kupfer oder andere Schwermetalle bearbeitet wurden. Diese Trennung oder gründliche Reinigung der Werkzeuge und der Maschine einschließlich Filterung bzw. Austausch des Kühlschmiermittels ist notwendig, um zu verhindern, dass Fremdmetallflitter in die Aluminiumoberfläche gedrückt werden. Derartige Flitter können bei Zutritt von Feuchtigkeit infolge Kontaktelementbildung Korrosion verursachen.

Wichtig ist die Beachtung von behördlich vorgeschriebenen Sicherheitsvorschriften insbesondere hinsichtlich Brand- und Explosionsgefahr durch Schleifstaub. Es gelten die Richtlinien zur Vermeidung der Gefahren von Staubexplosionen beim Schleifen, Bürsten und Polieren von Aluminium und seinen Legierungen (Carl Heymans Verlag KG, Köln).

Zum Schleifen von Aluminium verwendet man Schleifscheiben aus Siliziumkarbid mit Kunstharzbindung oder auch metallumhüllte synthetische Diamanten oder textile Schleifbänder mit Kunstharz- oder Vollkunstharzbindemittel. Als Schleifhilfsmittel werden Emulsionen im Verhältnis 1:35 eingesetzt, die gegebenenfalls mit Netzmitteln versetzt werden. Hierbei wirken steigende Konzentrationen dem Zusetzen der Scheibe entgegen.