Materialauswahl für kundenspezifische CNC-Teile: Tipps von Branchenexperten

In kundenspezifische CNC-Bearbeitung Die Materialwahl erfolgt nach Prüfung der tatsächlichen Bearbeitungseigenschaften des Werkstücks an der Maschine, nicht nur nach dessen Darstellung in der CAD-Software. Ein CNC-Bearbeitungsunternehmen beginnt üblicherweise mit der Überprüfung der Werkzeugzugänglichkeit, der Bearbeitungszeit und des Materialverhaltens beim Drehen oder Fräsen.

Bei kundenspezifischen CNC-Teilen stoßen Ingenieure häufig auf Probleme, wenn ein Material nur nach Festigkeit oder Aussehen ausgewählt wird. Kupfer beispielsweise erfüllt zwar die elektrischen Anforderungen, verlangsamt aber die Bearbeitung aufgrund der langen Spanbildung. Messing lässt sich schneller bearbeiten, ist aber möglicherweise nicht für Bauteile mit hoher elektrischer Belastung geeignet. Stahl ist formstabil, erhöht aber den Werkzeugverschleiß während der Produktion.

In der Fertigungspraxis hängt die Materialauswahl von Zykluszeit, Werkzeugbelastung und Nachbearbeitungsaufwand ab. Ziel ist es, ein Material zu wählen, das sich reibungslos auf CNC-Maschinen verarbeiten lässt, Nachbearbeitungen vermeidet und für den Endzweck geeignet ist, ohne Bearbeitungsprobleme während der Produktion zu verursachen. Wir geben Ihnen Expertentipps zur Auswahl des richtigen Materials für Ihr individuelles CNC-Bearbeitungsprojekt.

Gängige Werkstoffe für die kundenspezifische CNC-Bearbeitung von Bauteilen

Im Allgemeinen verwenden die meisten CNC-Bearbeitungsunternehmen verschiedene Metalle und technische Kunststoffe. Diese Materialien werden mittels CNC-Fräsen, Drehen und Bohren zu brauchbaren Teilen/Komponenten geformt. Im Folgenden werden gängige Metall- und Kunststoffoptionen für die kundenspezifische Teilefertigung erläutert.

Metalle, die in kundenspezifischen CNC-Teilen verwendet werden

Metalle werden üblicherweise eingesetzt, wenn Festigkeit, Leitfähigkeit und Belastbarkeit von Bauteilen wichtig sind. Diese metallurgischen Eigenschaften beeinflussen direkt Maschinenparameter wie Schnittgeschwindigkeit, Werkzeugstandzeit (Verschleiß) und Bearbeitungszeit bei der CNC-Bearbeitung. Im Folgenden werden die gängigen Metalle für die Präzisionsbearbeitung von Bauteilen vorgestellt.

Aluminium für schnelles Schneiden und leichte Bauteile

Aluminium ist ein leichtes Material. Es wird häufig für kundenspezifische Halterungen, Gehäusekomponenten und Prototypenteile verwendet. Es weist einen relativ geringen Schnittwiderstand auf. Das bedeutet, dass das Werkzeug beim Schneiden nicht so viel Kraft aufwenden muss. Dadurch lassen sich Aluminiumteile in kürzerer Zeit als andere Metalle wie Stahl und Titan fertigen und sind zudem leichter. Darüber hinaus lässt sich die Oberfläche von Aluminium nach der Bearbeitung leicht reinigen.

Messing für saubere Schneid- und Gewindeteile

Messing besitzt eine glänzende Oberfläche und wird hauptsächlich zur Herstellung von Verbindungselementen, Ventilgehäusen und Gewindeeinsätzen verwendet. Beim Zerspanen von Messing entstehen relativ kurze Späne. Daher eignet es sich gut für die Herstellung sauberer Teile und Gewindekomponenten.

Daher ist bei Messing nach dem Gewindeschneiden nur eine minimale Nachjustierung erforderlich, da sich die in Messing gebildeten Gewinde im Vergleich zu anderen Metallen nicht wesentlich von ihrer ursprünglichen Position unterscheiden.

Edelstahl für tragende Bauteile

Edelstahl wird für Bauteile verwendet, die aggressiven Bedingungen und Oberflächenverschleiß ausgesetzt sind. Er weist eine höhere Schnittfestigkeit als die meisten anderen Metalle auf. Daher ist es entscheidend, beim Bearbeiten von Edelstahl eine kontrollierte Vorschubgeschwindigkeit einzuhalten.

Um übermäßigen Werkzeugverschleiß zu vermeiden, muss der Werkzeugeingriff pro Arbeitsgang kontrolliert und die vom Werkzeug erzeugte Wärme reduziert werden. Aufgrund seiner Eigenschaften eignet es sich für Konstruktionsgitter und Bauanwendungen.

Kupfer für elektrische und thermische Bauteile

Kupfer wird hauptsächlich zur Herstellung von Stromschienen, Klemmen, Wärmeleitplatten und vielen anderen elektrischen und thermischen Bauteilen verwendet. Es bietet eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit und thermische Stabilität in Baugruppen.

Kupfer weist jedoch während der Bearbeitung einige besondere Eigenschaften auf. Das Material kann sich entlang der Werkzeugbahn dehnen. Daher ist die Gewährleistung eines freien Spanabfuhrwegs entscheidend für einen optimalen Bearbeitungszyklus.

Titan für hochfeste Anwendungen

Titan wird häufig für die Luft- und Raumfahrt, die Medizintechnik und für hochfeste Bauteile eingesetzt. Bei der Bearbeitung dieses Materials werden die Schneidwerkzeuge zusätzlich beansprucht. Daher müssen Ingenieure auf einen langsamen Vorschub und eine stabile Bearbeitung achten, um die erforderliche Steifigkeit der Aufspannung zu gewährleisten. Wenn Sie Teile oder Komponenten mit einem hohen Festigkeits-Gewichts-Verhältnis benötigen, ist Titan aufgrund seiner Fähigkeit, im Vergleich zu anderen Legierungen hohe Festigkeit bei geringerem Gewicht zu bieten, eine empfehlenswerte Wahl.

Technische Kunststoffe, die in kundenspezifischen CNC-Teilen verwendet werden

Technische Kunststoffe werden typischerweise für Isolierungen, leichte Bauteile, chemische Beständigkeit und tragende Anwendungen eingesetzt. Sie bieten mehrere Vorteile bei der CNC-Bearbeitung, darunter geringere Belastungen des Fräsers und kürzere Bearbeitungszeiten.

POM für Gleitkomponenten

Polyoxymethylen (POM) wird zur Herstellung von Zahnradkomponenten, Buchsen und anderen beweglichen Maschinenteilen verwendet. Es behält seine Form beim Zerspanen und gewährleistet Dimensionsstabilität bei Gleitkontakt. Daher ist POM ideal für Anwendungen, die eine reibungslose Bewegung und präzisen Kontakt erfordern.

Nylon für mechanische Stützteile

Nylon wird für tragende Konstruktionen und Gehäusebauteile verwendet. Ein Nachteil von Nylon ist seine Feuchtigkeitsaufnahme im Laufe der Zeit. Dies kann zu geringfügigen Maßabweichungen führen. Darüber hinaus ist die Temperaturkontrolle bei der Bearbeitung von Nylon entscheidend, um ein Aufweichen der Schnittkanten zu verhindern.

PTFE für chemische und reibungsarme Teile

Polytetrafluorethylen (PTFE) wird für Dichtungsmassen, Isolierkomponenten und chemische Systeme verwendet . Es verhält sich beim Schneiden weich. Daher tragen geringe Vorschubgeschwindigkeiten dazu bei, die Schnittkanten intakt zu halten. PTFE eignet sich für den Einsatz in Umgebungen mit chemischer Belastung.

ABS für allgemeine Gehäuse

Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) wird zur Herstellung von Abdeckungen, Gehäusekomponenten und Prototypenteilen verwendet. Dieses Material erfordert bei der Bearbeitung keine komplexen Werkzeugweggeometrien, unterstützt Rapid Prototyping und wird in den ersten Phasen der Designverifizierung eingesetzt.

Acryl für transparente Teile

Acrylglas wird für Schautafeln und Inspektionsabdeckungen verwendet. Es lässt sich mit kontrollierten Vorschubgeschwindigkeiten sauber schneiden; zu hoher Druck beim Schneiden kann jedoch zu Rissen führen. Es wird hauptsächlich für Anwendungen gewählt, die eine gute Sicht erfordern.

Schlüsselfaktoren für die Auswahl von CNC-Werkstoffen für kundenspezifische Teile

Hier sind die allgemeinen Faktoren, die bei der Auswahl des richtigen Materials für kundenspezifisch gefertigte Teile zu berücksichtigen sind.

Teilefunktion und Lastzustand

Man beginnt damit, die Funktion des Bauteils innerhalb der Baugruppe zu analysieren. Wenn es Kräfte aufnimmt, die Ausrichtung hält oder wiederholter Belastung ausgesetzt ist, eignen sich stärkere Metalle wie Edelstahl und Titan. Wenn es lediglich Abdeckungen oder Gehäuse stützt, sind Aluminium oder technische Kunststoffe besser geeignet. Dieser Schritt vermeidet eine überdimensionierte Materialauswahl, die die Bearbeitungszeit ohne wirklichen Nutzen verlängert.

Bearbeitungsverhalten beim Schneiden

Sie müssen auch bedenken, wie sich das Material verhält, sobald es mit dem Schneidwerkzeug in Berührung kommt. Aluminium und Messing lassen sich mit gleichmäßigem Spanfluss schneiden. Dadurch gleitet das Werkzeug ohne Unterbrechung. Kupfer hingegen verhält sich anders: Es dehnt sich beim Schneiden und kann sich um das Werkzeug wickeln, wenn der Vorschub nicht kontrolliert wird. Edelstahl erhöht den Schnittwiderstand; daher ist bei jedem Schnitt ein gleichmäßiger Eingriff erforderlich.

Werkzeugverschleiß und Produktionszykluszeit

Bei der Planung einer Serienfertigung darf die Werkzeugstandzeit nicht verhandelt werden. Härtere Werkstoffe wie Edelstahl und Titan reduzieren die Werkzeugstandzeit und verlangsamen die Bearbeitungszyklen. Weichere Werkstoffe wie Messing hingegen minimieren Werkzeugwechsel und sorgen für einen reibungslosen Produktionsablauf. Dies wirkt sich direkt darauf aus, wie viele Teile Sie in einer Schicht fertigen können.

Oberflächenzustand nach der Bearbeitung

Einige Teile können direkt nach der CNC-Bearbeitung montiert werden, da sie bereits vorbearbeitet sind. Andere Teile erfordern hingegen eine Nachbearbeitung. Messing behält im Allgemeinen eine gute Gewinde- und Kantenqualität und benötigt daher nur minimale Nachbearbeitung.

Edelstahl hingegen kann Werkzeugspuren auf seiner Oberfläche aufweisen, die einen zusätzlichen Oberflächenbearbeitungsprozess zur Entfernung dieser Spuren erfordern. Kupfer kann Schleifspuren auf seiner Oberfläche entwickeln, wenn nicht alle Schnittparameter korrekt eingestellt oder während des Schnitts überwacht werden.

Wärme- und Spanverhalten beim Schneiden

Neben Werkzeugverschleiß und Vibrationen, die durch Materialeigenschaften bedingt sind, können auch Wärmeentwicklung und Spanverhalten je nach Materialart bei CNC-Bearbeitungen variieren. Kupfer beispielsweise leitet Wärme oft sehr schnell in die Werkzeugzone. Daher ist ein regelmäßiger, ordnungsgemäßer Spanauswurf erforderlich, um Werkzeugschäden zu vermeiden.

Bei der Bearbeitung von Aluminium verhält es sich genau umgekehrt: Es entstehen saubere Späne, die die Integrität der Schnittzone erhalten, indem sie Späneansammlungen im Schnittbereich verhindern. Edelstahl hingegen speichert Wärme länger als die meisten anderen Metalle. Daher muss der Bediener bei der Bearbeitung von Edelstahl den Vorschub sorgfältig überwachen, um die Werkzeugspannung zu minimieren.

Kostenauswirkungen auf die tatsächliche Produktion

Letztendlich bestimmt die Wahl des Rohmaterials Ihre gesamten Bearbeitungskosten. Aluminium und Messing können die Bearbeitungszeiten (Zykluszeit) deutlich verkürzen, wodurch die Kosten pro Teil sinken.

Edelstahl und Titan erhöhen jedoch sowohl die Zykluszeit als auch den Werkzeugverbrauch. Diese Werkstoffe verteuern zudem die Stückkosten. Kupfer liegt preislich zwischen Messing und Edelstahl, erfordert aber bei der Bearbeitung besondere Sorgfalt, was zu Produktionsunterbrechungen führen kann.

Wie man ein CNC-Bearbeitungsunternehmen für kundenspezifische Teile auswählt

Vor Produktionsbeginn sollten Sie sich über die Vorgehensweise des Unternehmens hinsichtlich Ihrer Zeichnungs-, Material- und Bearbeitungsgrenzen informieren. Dies hilft Ihnen, Fehler durch Ausprobieren zu vermeiden, sobald die Produktion anläuft.

Prüfen Sie die Bearbeitungsmöglichkeiten und den Geräteumfang.

Zunächst sollten Sie die hauseigene Bearbeitungsausstattung der Unternehmen prüfen. Gute CNC-Werkstätten verfügen in der Regel über 3-, 4- und 5-Achs-Bearbeitungszentren.

Darüber hinaus können Sie von weiterer Standardausrüstung wie Drehmaschinen oder EDM-Anlagen profitieren. Dies zeigt an, ob der Anbieter sowohl Standardteile als auch Teile mit komplexer Geometrie fertigen kann – alles aus einer Hand.

Erfahrung im Materialumschlag überprüfen

Neben der Bearbeitungsfähigkeit sollten Sie prüfen, ob sie Erfahrung mit der Materialverarbeitung jeglicher Art haben und ihre Materialien von zertifizierten Lieferanten beziehen.

Beispielsweise erfordern Metalle wie Edelstahl, Titan und Kupfer beim Schneiden höchste Präzision. Je mehr Materialoptionen zur Verfügung stehen, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit von Probeläufen und/oder unerwarteten Bearbeitungsschwierigkeiten während Ihres Projekts.

Siehe Zeichnungsprüfung und technische Unterstützung

Darüber hinaus können Sie beurteilen, wie das Unternehmen Zeichnungen prüft. Nicht alle CNC-Bearbeitungsanbieter nehmen einfach eine Datei und beginnen mit dem Schneiden. Prüfen Sie, ob Ihre CAD-Zeichnungen vor Produktionsbeginn geprüft werden.

Bei der Prüfung von Zeichnungen kann ein eingespieltes Team mögliche Probleme beim Werkzeugzugang, Hinterschneidungen und Wandstärkenprobleme am Bauteil erkennen, bevor die Produktion beginnt. Die frühzeitige Identifizierung dieser Probleme während der Konstruktionsphase ermöglicht eine mögliche Korrektur und vermeidet nachträgliche Konstruktionsänderungen.

Lieferkontrolle und Produktionsablauf prüfen

Sie sollten auch prüfen, wie sie mit Zeitvorgaben umgehen. Kundenspezifische CNC-Teile sind oft von engen Lieferfenstern für Prototypen oder Serienfertigungen abhängig. Eine zuverlässige Fertigungsanlage gewährleistet einen kontrollierten Ablauf von Bearbeitung, Prüfung und Verpackung, sodass die Teile ohne Verzögerung zwischen den einzelnen Schritten transportiert werden.

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Sie können Ihre Zeichnung, Materialanforderungen oder ein Musterteil einreichen. Unser Konstruktionsteam prüft dann die Werkzeugverfügbarkeit, die Bearbeitungsmethode und den Produktionsablauf, bevor wir Ihnen ein Angebot unterbreiten. So vermeiden wir Konstruktionsprobleme während der Produktion und stellen sicher, dass die Bearbeitung den tatsächlichen Fertigungsmöglichkeiten entspricht.

Mit CNC-Drehmaschinen, CNC-Bearbeitungszentren und Stanzlinien in einer Aufspannung fertigt STEP Bauteile für die Automobil-, Elektronik-, Medizintechnik- und Industrieanlagenindustrie. Der Fokus liegt dabei auf gleichbleibender Produktionsleistung und kontrollierten Bearbeitungsschritten vom Rohmaterial bis zum fertigen Bauteil.

Für ein Angebot und technische Beratung wenden Sie sich bitte direkt an STEP Metal:

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