Der vollständige Leitfaden für bearbeitete Teile

Bearbeitete Teile sind überall, und es ist leicht zu verstehen, warum:Die CNC-Bearbeitung eignet sich für eine Reihe von Metallen und Kunststoffen, und bearbeitete Teile können schnell und kostengünstig ohne Werkzeug hergestellt werden.

Mit 3ERP erhalten Sie bearbeitete Teile und Prototypen zu fairen Preisen mit kurzen Vorlaufzeiten, und wir haben Erfahrung in der Zusammenarbeit mit Kunden aus verschiedenen Branchen. Aber warum sollten Sie sich für bearbeitete Teile im Vergleich zu geformten oder 3D-gedruckten Teilen entscheiden? Manchmal ist die Wahl offensichtlich, aber manchmal ist es schwieriger, sich zu entscheiden. Und wie konstruieren Sie eigentlich Teile für die Bearbeitung, entweder intern oder an einen Hersteller ausgelagert?

Dieser Leitfaden geht auf die Grundlagen von bearbeiteten Teilen ein:was sie sind, warum Unternehmen sie brauchen, die besten Bearbeitungsmaterialien, typische Toleranzen für bearbeitete Teile, wie bearbeitete Teile konstruiert werden und mehr.

Was sind bearbeitete Teile?

Bearbeitete Teile sind überall. Von winzigen Metallbefestigungen bis hin zu Flugzeugtriebwerkskomponenten wurden alle Arten von Teilen durch maschinelle Bearbeitung hergestellt. Aber was genau ist maschinelle Bearbeitung und was ist daher ein bearbeitetes Teil?

Wenn wir von bearbeiteten Teilen sprechen, meinen wir etwas Spezifischeres als mit Maschinen hergestellte Objekte. Wir meinen speziell Teile, die durch Schneiden hergestellt wurden Maschinen wie Mühlen , Drehmaschinen und Router . Diese Maschinen arbeiten alle auf unterschiedliche Weise, aber ihr grundlegender Zweck ist derselbe:die Verwendung eines scharfen Schneidwerkzeugs , sie schneiden Abschnitte von einem Materialblock ab, der als Werkstück bekannt ist.

Selbst innerhalb dieser Definition können bearbeitete Teile auf unterschiedliche Weise geformt werden. Der Bearbeitungsprozess kann manuell erfolgen , wobei ein Maschinist (ein qualifizierter professioneller Bediener von Bearbeitungsmaschinen) eine Maschine wie eine Mühle handhabt, um das Werkstück manuell in die gewünschte Form zu schneiden. Oder es kann digital sein , in diesem Fall schneidet eine motorisierte CNC-Maschine die bearbeiteten Teile automatisch gemäß den Computeranweisungen.

Heutzutage werden die meisten komplexen oder kundenspezifisch bearbeiteten Teile mit CNC-Maschinen hergestellt, aber Maschinisten führen für bestimmte Aufgaben immer noch manuelle Bearbeitungen durch, da dies schneller sein kann, als ein digitales Design zu erstellen und die digitalen Maschinen zu programmieren.

Bearbeitete Teile können aus Metall oder Kunststoff sein (manchmal auch aus anderen Materialien), aber sie müssen aus einem Material hergestellt sein, das geschnitten werden kann, ohne sich drastisch zu verformen.

Manchmal werden Teile bearbeitet, nachdem sie mit einem anderen Herstellungsverfahren gebaut wurden. Beispielsweise können in gegossene oder geformte Gegenstände bestimmte Details oder Merkmale zu einem späteren Zeitpunkt eingearbeitet werden. Diese können als teilweise bearbeitete Teile oder nachbearbeitete Teile beschrieben werden.

Warum bearbeitete Teile verwenden?

Es gibt viele Gründe, warum Unternehmen, Produktdesigner, Forschungs- und Entwicklungsabteilungen und andere Fachleute maschinell bearbeitete Teile verwenden, und viele der spezifischen Vorteile von maschinell bearbeiteten Teilen werden im folgenden Abschnitt beschrieben.

Kurz gesagt, maschinell bearbeitete Teile haben eine hervorragende Festigkeit, da sie aus massiven Materialblöcken bestehen und in einer Vielzahl von Formen und Dicken hergestellt werden können. Sie können sehr detaillierte Merkmale aufweisen und aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden. Kleine Mengen von bearbeiteten Teilen können schnell hergestellt werden, da sie keine Werkzeuge erfordern und die Toleranzen sehr eng sein können, wenn die Bearbeitungsgeschwindigkeiten reduziert werden.

Unternehmen können auch maschinell bearbeitete Teile verwenden, da die maschinelle Bearbeitung eine bewährte Fertigungstechnik ist, die seit Jahrzehnten Industriestandard ist. Bearbeitete Teile erfüllen daher wahrscheinlich branchenspezifische Standards und Zertifizierungen.

Vorteile von bearbeiteten Teilen

Bearbeitete Teile bieten bestimmte Vorteile, die beispielsweise mit Spritzgussteilen oder 3D-gedruckten Teilen möglicherweise nicht möglich sind. Einige der Hauptvorteile maschinell bearbeiteter Teile sind hier aufgelistet.

1. Kein Mindestbestellwert

Einer der Hauptvorteile von bearbeiteten Teilen ist die Möglichkeit, sie ohne Mindestbestellmenge zu kaufen.

Für Formteile ist die Herstellung von Metallwerkzeugen erforderlich – ein Prozess, der lange dauert und in der Regel Zehntausende von Dollar kostet. Bearbeitete Teile werden jedoch direkt aus einem Rohling geschnitten, wodurch es kostengünstig ist, sehr kleine Mengen oder sogar Einzelstücke zu bestellen.

Wenn eine sehr große Menge an (Kunststoff-)Teilen benötigt wird, kann das Formen natürlich ein besserer Vorschlag sein. Aber die maschinelle Bearbeitung ist praktisch einzigartig, da sie qualitativ hochwertige Teile ohne Mindestbestellmenge anbietet, wodurch sie sich für kleinere Unternehmen, kleine Produktionsläufe und das Prototyping eignet.

2. Gute Prototypen

Einige Unternehmen entscheiden sich dafür, spritzgegossene Prototypen zu bestellen, aber normalerweise können sich das nur große Unternehmen leisten. Die Werkzeugkosten können das Prototyping unerschwinglich teuer machen.

Zerspante Teile sind als Prototypen geeignet und kostengünstig, da sie einzeln gefertigt werden können. Die maschinelle Bearbeitung ist auch viel schneller als das Gießen, was bedeutet, dass F&E-Abteilungen schnell mehrere Versionen eines Teils iterieren und es dann allen erforderlichen Tests oder Bewertungen unterziehen können, bevor sie mit der Produktion fortfahren.

Die Materialvielseitigkeit der Bearbeitung bedeutet auch, dass Unternehmen beispielsweise bearbeitete Teile in mehreren verschiedenen Metalllegierungen oder Verbundkunststoffen bestellen können, um zu sehen, welche unter Testbedingungen am besten abschneiden.

3. Gestaltungsfreiheit

Bearbeitete Teile können eine Vielzahl von Formen und Größen aufweisen. Dies liegt daran, dass die CNC-Bearbeitung keinen extremen Designbeschränkungen wie dünne Wände und Verjüngung unterliegt; bearbeitete Teile können dick und robust sein, aber ihre Merkmale können auch fein und detailliert sein.

Obwohl bearbeitete Teile einige Einschränkungen haben, wenn es beispielsweise um Innenabschnitte und tiefe Kanäle geht, stellt die maschinelle Bearbeitung immer noch eines der geometrisch flexibelsten Fertigungsverfahren dar.

Formteile hingegen müssen dünnwandig sein und generell strengeren Designkriterien genügen.

Sogar der 3D-Druck, der allgemein als eine der besten Fertigungstechniken in Bezug auf Designfreiheit angesehen wird, hat Einschränkungen wie die Vermeidung von Überhängen. (Und für komplexere und weitläufigere Designs können umfangreiche Stützstrukturen erforderlich sein, die mit kostspieligen Nachbearbeitungsschritten entfernt werden müssen.)

4. Qualität

Bearbeitete Teile können zu einem sehr hohen Standard hergestellt werden. Vielleicht noch wichtiger ist, dass Kunden Toleranzen angeben können, die vom Maschinisten eingehalten werden müssen. Dies bedeutet, dass sich der Maschinist oder Maschinenbediener mehr Zeit für Teile mit engen Toleranzen und individuelle Merkmale nehmen kann.

Während Spritzgussformen auch mit engen Toleranzen hergestellt werden können, kann nicht jedes einzelne Formteil auf einem so hohen Standard gehalten werden. Formteile, die gegen Ende der Formlebensdauer produziert werden, können die Definition früherer Einheiten vermissen lassen.

5. Lieferzeiten

Bearbeitete Teile können schneller hergestellt werden als Teile, die mit anderen Produktionsprozessen wie dem Formen hergestellt werden.

Das liegt zum Teil am Fehlen arbeitsintensiver Werkzeuge, aber auch der Herstellungsprozess selbst ist hocheffizient:Einige der schnelleren Bearbeitungszentren, die mit Linearführungsschienen ausgestattet sind, haben schnelle Geschwindigkeiten von etwa 4.000 Zentimetern pro Minute (obwohl Teile das eigentlich nicht sein sollten mit diesen Geschwindigkeiten bearbeitet).

Die Ein-Schritt-Natur der Bearbeitung und die Geschwindigkeit von CNC-Bearbeitungszentren machen zusammen bearbeitete Teile zu den am schnellsten herzustellenden (in kleinen Stückzahlen), was die Vorlaufzeiten für kürzere Markteinführungszeiten und praktisches schnelles Prototyping verkürzt.

6. Änderungen

Da CNC-bearbeitete Teile aus einer digitalen CAD-Datei hergestellt werden, ist es möglich, Änderungen an diesem digitalen Design bis zum Zeitpunkt der Fertigung vorzunehmen.

Dies ist während F&E und Prototyping nützlich, wenn Ingenieure partielle Anpassungen am bearbeiteten Teil vornehmen oder mehrere Versionen erstellen möchten. Es reduziert auch die Wahrscheinlichkeit von Ausschuss, da weniger wahrscheinlich fehlerhafte Teile hergestellt werden.

Dies ist ein erheblicher Vorteil für bearbeitete Teile gegenüber Formteilen:Werkzeuge können nicht einfach ausgetauscht werden, und es wäre eine enorme Geldverschwendung, eine neue Form zu erstellen, wenn eine Änderung in letzter Minute erforderlich ist.

7. Stärke

Bearbeitete Teile werden aus massiven Materialstücken geschnitten, die als Rohlinge bekannt sind und typischerweise gegossen oder extrudiert wurden. Dies macht sie sehr stark im Vergleich zu beispielsweise 3D-gedruckten Teilen, die entlang einer Achse, wo eine Schicht auf der nächsten aufgebaut ist, viel schwächer sein können.

Viele bearbeitete Teile sind auch stärker als ihre geformten Äquivalente, da geformte Teile dünnwandig sein müssen und daher in Bezug auf die mechanische Leistung begrenzt sind.

8. Oberflächenbeschaffenheit

Bearbeitete Teile vermeiden die mit dem Formen verbundenen Probleme mit der Oberflächenqualität wie Fließlinien, Jetting und Grate an der Trennlinie. Mit einem mäßigen Nachbearbeitungsaufwand können bearbeitete Teile in Bezug auf die Oberflächengüte auf einen sehr hohen Standard gebracht werden.

Die maschinelle Bearbeitung verleiht dem 3D-Druck auch eine weitaus bessere Oberflächenbeschaffenheit, noch bevor eine Nachbearbeitung durchgeführt wurde. 3D-Druck, insbesondere FDM-Druck, kann sichtbare Schichtlinien auf der Oberfläche des Teils hinterlassen, die durch Schleifen oder chemische Behandlung geglättet werden müssen. Bearbeitete Teile haben diese Schichtlinien nicht.

So konstruieren Sie bearbeitete Teile

Es ist immer am besten, Design for Manufacturing (DfM) zu verwenden ) Grundsätze:Konstruktion von Teilen basierend auf dem verwendeten Herstellungsverfahren. Teile für die maschinelle Bearbeitung müssen anders gestaltet werden als beispielsweise Teile für den 3D-Druck.

Glücklicherweise sind bearbeitete Teile nicht besonders schwierig zu entwerfen – solange bestimmte Regeln eingehalten werden. Diese Regeln sind unten aufgeführt.

Unterschnitte

Unterschnitte sind Schnitte im Werkstück, die mit Standard-Schneidwerkzeugen nicht ausgeführt werden können (weil ein Abschnitt des Teils sie behindert). Sie erfordern spezielle Schneidwerkzeuge – zum Beispiel T-förmige – und spezielle Konstruktionsüberlegungen.

Da Schneidwerkzeuge in Standardgrößen hergestellt werden, sollten Hinterschnittabmessungen in ganzen Millimetern angegeben werden, um dem Werkzeug zu entsprechen. (Bei Standardschnitten spielt dies keine Rolle, da sich das Werkzeug in winzigen Schritten hin und her bewegen kann.)

Die Hinterschnittbreite kann je nach Schneidwerkzeug zwischen 3–40 mm liegen, mit einer Hinterschnitttiefe bis zur doppelten Breite.

Wenn Hinterschneidungen vollständig vermieden werden können, können die bearbeiteten Teile viel schneller und mit weniger Aufwand hergestellt werden.

Wandstärke

Im Gegensatz zu Formteilen, die sich bei zu dicken Wänden verformen, können maschinell bearbeitete Teile besonders dünne Wände nicht verarbeiten. Designer sollten dünne Wände vermeiden oder ein Verfahren wie Spritzgießen verwenden, wenn dünne Wände ein integraler Bestandteil des Designs sind.

Bei der Bearbeitung sollten die Wandstärken mindestens 0,8 mm (Metall) bzw. 1,5 mm (Kunststoff) betragen.

Vorsprünge

Wie bei dünnen Wänden sind hohe vorstehende Abschnitte schwierig zu bearbeiten, da die Vibrationen des Schneidwerkzeugs den Abschnitt beschädigen oder zu einer geringeren Genauigkeit führen können.

Ein hervorstehendes Merkmal sollte eine Höhe haben, die nicht größer als das Vierfache seiner Breite ist.

Hohlräume, Löcher und Gewinde

Beim Entwerfen von bearbeiteten Teilen ist es wichtig, daran zu denken, dass Löcher und Hohlräume von den Schneidwerkzeugen abhängen.

Kavitäten und Taschen können bis zu einer Tiefe von viermal der Kavitätsbreite in ein Teil eingearbeitet werden. Tiefere Kavitäten enden aufgrund des erforderlichen Schneidwerkzeugdurchmessers zwangsläufig mit Rundungen – eher mit abgerundeten als mit scharfen Kanten.

Löcher, die mit Bohrkronen hergestellt werden, sollten außerdem nicht mehr als das Vierfache der Bohrkronenbreite tief sein. Und Lochdurchmesser sollten nach Möglichkeit den gängigen Bohrergrößen entsprechen.

Gewinde, die zur Aufnahme von Befestigungselementen wie Schrauben verwendet werden, müssen nicht tiefer als das Dreifache des Durchmessers sein.

Skalierung

CNC-bearbeitete Teile sind in der Größe begrenzt, da sie innerhalb des Bauraums der Maschine hergestellt werden. Frästeile sollten nicht größer als 400 x 250 x 150 mm sein; Drehteile sollten nicht größer als Ø 500 mm x 1000 mm sein.

Größere Abmessungen sind bei größeren Maschinen möglich, sollten aber vor der Fertigung mit dem Zerspaner besprochen werden.

Bearbeitete Teilematerialien

Bearbeitete Teile können aus vielen verschiedenen Materialien hergestellt werden, einschließlich Metallen und Kunststoffen.

Einige Materialien sind jedoch einfacher zu bearbeiten als andere. Sehr harte Materialien lassen sich nur schwer mit einem Schneidwerkzeug durchdringen und können dazu führen, dass das Werkzeug stärker vibriert (wodurch die Qualität verringert wird). Sehr weiche Materialien und Materialien mit sehr niedrigem Schmelzpunkt können sich beim Kontakt mit dem Schneidwerkzeug verformen.

Die gebräuchlichsten Materialien für bearbeitete Teile sind unten aufgeführt. Auf Anfrage beim Hersteller können auch andere Materialien bearbeitet werden.

Metall : Aluminium, Stahl, Edelstahl (17-4, Inconel 625 und 718), Magnesium, Titan, Zink, Messing, Bronze, Kupfer.

Kunststoff : ABS, PC, ABS+PC, PP, PS, POM, PMMA (Acryl), PAGF30, PCGF30, Teflon, DHPE, HDPE, PPS, PEEK. (Weniger gebräuchlich:PA GF50, PPS GF50.)

Oberflächenveredelungen der bearbeiteten Teile

Bearbeitete Teile können nach der Bearbeitung behandelt werden, um ihre Oberflächentextur und ihr Aussehen zu verändern. Oberflächen können entweder funktionell oder kosmetisch sein.

Bearbeitet : Keine Oberflächenbehandlung hinzugefügt. Dies ist für viele interne, nicht kosmetische Funktionskomponenten geeignet.

perlgestrahlt : Beim Perlstrahlen werden Schleifmittel auf das bearbeitete Teil geschossen, wodurch es ein mattes Aussehen erhält. Der Prozess kann angepasst werden, um einen bestimmten Rauhigkeitsgrad zu erhalten. Es ist möglicherweise nicht für feine Merkmale geeignet, da das Perlstrahlen Material entfernt und daher die Geometrie der bearbeiteten Teile beeinflusst.

eloxiert :Der elektrolytische Passivierungsprozess der Eloxierung eignet sich für bearbeitete Aluminiumteile und erzeugt eine kratzfeste, farbige Beschichtung. Anodisierung vom Typ II erzeugt eine korrosionsbeständige Oberfläche; Typ III ist dicker und schafft zusätzlich zur Korrosionsbeständigkeit Verschleißfestigkeit.

Pulverbeschichtet : Während des Pulverbeschichtungsprozesses wird Pulverlack (in der Farbe nach Wahl des Designers) auf das bearbeitete Teil gesprüht, das dann in einem Ofen gebacken wird. Dadurch entsteht eine starke, verschleißfeste und korrosionsbeständige Schicht, die haltbarer ist als herkömmliche Farbbeschichtungen.

Toleranzen der bearbeiteten Teile

Bearbeitete Teile können mit engen Toleranzen hergestellt werden, was für kritische mechanische Teile erforderlich sein kann, die mit anderen Komponenten interagieren. Für Prototypen und nichtmechanische Teile können lockerere Toleranzen gewählt werden.

			Toleranzstandard
Toleranzhebel			Gesamtdimensionsbereich
Spezifikationen	<<3,>0,5	<<6,>3	<<30,>6	<<120,>30	<<400,>120	<<1000,>400	<<2000, >1000
F	±0,05	±0,05	±0,1	±0,15	±0,2	±0,3	±0,5
M	±0,1	±0,1	±0,2	±0,3	±0,5	±0,8	±1,2
C	±0,2	±0,3	±0,5	±0,8	±1,2	±2	±3
V	–	±0,5	±1	±1,5	±2,5	±4	±6

Anwendungen von bearbeiteten Teilen

Bearbeitete Teile werden in praktisch allen Branchen eingesetzt, von der Luft- und Raumfahrt bis zur Medizin. Einige beliebte alltägliche und branchenunabhängige Teile sind unten aufgeführt, gefolgt von Anwendungen in bestimmten Branchen.

Gemeinsame bearbeitete Teile:

• Verbindungselemente
• Ventilkörper
• Kugelgelenke
• Zahnräder
• Schäfte
• Gehäuse
• Klammern
• Walzen

Luft- und Raumfahrt

Zu den bearbeitbaren Luft- und Raumfahrtteilen gehören Prototypen von Triebwerkskomponenten, Kraftstoffplatten, Fahrwerkskomponenten und Triebwerkshalterungen.

Automobil

Zu den bearbeiteten Automobilteilen gehören Funktionstestkomponenten wie Beleuchtungs-, Motor-, Getriebe- und Lenksysteme sowie kundenspezifische Einzelstücke.

Medizinisch

Bearbeitete Titan- und Edelstahlteile umfassen Implantate, medizinische Geräte und chirurgische Instrumente wie Skalpelle.

Verbraucherprodukte

Bearbeitete Teile finden sich in Haushaltswaren und Geräten. Sportgeräte können auch CNC-bearbeitet werden, während viele bearbeitete Metall- und Kunststoffkomponenten in der Unterhaltungselektronik zu finden sind. Artikel wie Laptopgehäuse, Stecker und Steckdosen können alle bearbeitet werden.

Wie man bearbeitete Teile auslagert

Große und kleine Hardwareunternehmen lagern ihre CNC-Bearbeitungsanforderungen häufig an einen Spezialisten aus. Selbst für Prototypen ist es oft sinnvoll, eine CNC-Bearbeitungsfirma eines Drittanbieters einer internen Lösung vorzuziehen, da für den Betrieb von Bearbeitungsmaschinen Platz und menschliche Fähigkeiten erforderlich sind.

Die Auswahl eines Herstellers für die Herstellung von maschinell bearbeiteten Teilen kann entmutigend erscheinen, aber die Konzentration auf die folgenden Faktoren und Praktiken kann es einfacher machen.

• Zertifizierungen :Insbesondere ISO-Zertifizierungen sind eine gute Richtlinie, um kompetente Zerspanungsunternehmen zu identifizieren, obwohl sie Sie nicht über den Umfang der Fähigkeiten eines Unternehmens informieren.
• Mundpropaganda :Sprechen Sie mit anderen Hardware-Unternehmen, die Hersteller in der Region unter Vertrag genommen haben, und informieren Sie sich über ihre Erfahrungen mit dem Outsourcing von bearbeiteten Teilen.
• Informationen anfordern :Sobald Sie Kontakt mit einem Unternehmen aufgenommen haben, stellen Sie so lange Fragen, bis Sie überzeugt sind, dass es weiß, wie es Ihr Projekt durchführt. Wenn sie Ihnen keine klare Antwort geben können, sind sie wahrscheinlich kein geeigneter Partner für das Outsourcing.
• Fabriken besuchen :Wenn möglich, besuchen Sie Ihren potenziellen Outsourcing-Partner, um zu sehen, wie er Teile bearbeitet. In einigen Fällen kann es möglich sein, einen Herstellungsagenten einzustellen, um Besuche an mehreren Standorten in einer bestimmten Region zu arrangieren.
• Anfragen :Senden Sie eine Anfrage an mehrere in die engere Wahl gekommene Bearbeitungsunternehmen, um eine Vorstellung davon zu bekommen, wer den besten Preis anbieten kann.

Wenn es darum geht, die Fertigung der extern bearbeiteten Teile zu organisieren, kann es hilfreich sein, die folgenden Tipps zu beachten.

• DfM-Richtlinien befolgen :Stellen Sie sicher, dass Ihr digitales Teiledesign den Bearbeitungsrichtlinien entspricht:keine dünnen Wände, Löcher mit begrenzter Tiefe usw.
• Universelle Standards verwenden :Reichen Sie eine vollständige technische Zeichnung mit Ihren digitalen Dateien ein, um Unklarheiten zu beseitigen, und verwenden Sie universelle Standards, um Missverständnisse zu vermeiden.
• NDA :Unterzeichnen Sie eine Geheimhaltungsvereinbarung, wenn Sie bearbeitete Teile auslagern. Dies hindert den Hersteller rechtlich daran, Ihre Designs offenzulegen oder wiederzuverwenden.
• Versandzeiten berücksichtigen :Es dauert länger, bis ausgelagerte Teile ankommen, als Teile aus dem eigenen Haus. Berücksichtigen Sie daher die Lieferzeiten, wenn Sie unter engen Fristen arbeiten.
• Zahlung vorbereiten :Bei Erstbestellungen verlangen die Hersteller wahrscheinlich eine Vorauszahlung, obwohl Sie bei Folgebestellungen möglicherweise auf Kredit bestellen können.