Auswahl des richtigen Materials für Ihr CNC-Bearbeitungsprojekt

CNC-Bearbeitung (Computer Numerical Control) ist ein vielseitiges, hochpräzises traditionelles Fertigungsverfahren, das sich ideal für mittlere bis große Produktionsserien komplexer Teile eignet. Die CNC-Bearbeitung ist ein subtraktiver Prozess, d. h. die Maschine schnitzt einen festen Materialblock weg, um das fertige Teil zu erstellen – anstatt allmählich Material abzulegen, wie es bei additiven Fertigungsmethoden der Fall ist. Mit der CNC-Bearbeitung können Hersteller schnell Prototypen und langlebige Teile für spezifische Anwendungen herstellen.

Die Materialauswahl ist ein unglaublich wichtiger Teil jedes Herstellungsprozesses, aber Ingenieure und Produktteams müssen besonders sorgfältig sein, wenn es um die Auswahl von Materialien für die CNC-Bearbeitung geht. Da dieser Prozess mit einer Vielzahl von Materialien kompatibel ist – von Metall über Glasfaser bis hin zu Holz – ist es leicht, fälschlicherweise ein Material auszuwählen, das für das Projekt ausreichend, aber nicht das am besten geeignete ist. In diesem Artikel gehen wir auf die wichtigsten Überlegungen zur Materialauswahl für die CNC-Bearbeitung ein und geben einen Überblick über einige gängige Optionen.

Wichtige Überlegungen zur Auswahl von CNC-Bearbeitungsmaterialien

Bevor sich die Produktteams mit den Einzelheiten der Materialauswahl befassen, müssen sie zunächst eine Bestandsaufnahme ihrer Projektanforderungen vornehmen. Betrachten Sie zunächst diese vier Fragen:

1. Wie wird das Teil verwendet?

Ingenieure müssen die Endverwendung und den Einsatzort ihres Teils berücksichtigen, da diese Faktoren einen erheblichen Einfluss auf die Materialauswahl haben. Zum Beispiel eignen sich sowohl Edelstahl als auch Kohlenstoffstahl für die CNC-Bearbeitung, aber nur Edelstahl ist von Natur aus korrosionsbeständig. Die Wahl des falschen Stahls würde hier die Langlebigkeit eines Teils beeinträchtigen. FDA, FAA sowie alle branchenspezifischen Vorschriften sollten ebenfalls im Vordergrund stehen.

2. Spielt das Gewicht eine Rolle?

Wenn ein Teil leicht sein muss – eine häufige Anforderung bei der Fertigung für Automobil- und Luft- und Raumfahrtanwendungen – stehen zahlreiche Metalloptionen mit niedriger Dichte zur Verfügung. Hersteller könnten auch die Verwendung eines Kunststoffs wie ABS in Betracht ziehen, um das Gewicht niedrig zu halten, wenn sie bereit sind, auf Festigkeit zu verzichten.

3. Benötigt das Teil eine hohe Festigkeit oder Hitzebeständigkeit?

Festigkeit kann auf viele verschiedene Arten gemessen werden (Zugfestigkeit, Verschleißfestigkeit usw.), daher sollten Ingenieure bestimmen, welche Art von Festigkeit – und inwieweit sie von Bedeutung ist – für ihren Teil erforderlich ist. Diese Parameter wirken sich auf die Größe des Pools lebensfähiger Materialien aus. Ebenso werden Temperaturanforderungen bestimmte Materialien von vornherein ausschließen. Ingenieure sollten auch darüber nachdenken, ob ihr Teil schwankenden Temperaturen ausgesetzt wird, da sich fast alle Materialien als Reaktion auf Temperaturänderungen ausdehnen oder zusammenziehen.

4. Wie hoch ist das Projektbudget?

Die Materialkosten beeinflussen fast immer die Materialauswahl. Das Ziel der meisten Produktteams ist es, ein Material auszuwählen, das die gewünschten Materialeigenschaften und Leistung maximiert und gleichzeitig die Ausgaben minimiert. Bei der CNC-Bearbeitung spielen die Materialkosten eine besonders große Rolle, da bei diesem Verfahren relativ viel Ausschussmaterial anfällt. Einige Materialien – wie z. B. Spezialmetalle – sind extrem teuer, was sich angesichts des Ausschussmaterialausstoßes erheblich auf die Kosteneffizienz des gesamten Projekts auswirken könnte. Ingenieure sollten ihr Budget sorgfältig prüfen, bevor sie endgültige Entscheidungen treffen.

5 gängige CNC-Bearbeitungsmaterialien

Da jedes Material – Metall oder Kunststoff – das hart genug für die Bearbeitung ist, für die CNC-Fertigung verwendet werden kann, haben Produktteams die Qual der Wahl. Diese kurze Liste bietet einen schnellen Überblick über einige der gängigsten Materialien, die heute in der CNC-Fertigung verwendet werden.

1. Aluminium

Aluminiumlegierungen lassen sich in großen Mengen leicht bearbeiten, haben ein gutes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und eine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit. Außerdem sind sie von Natur aus korrosionsbeständig. Aluminium 6061 ist eine Allzweck-Aluminiumlegierung, die häufig für die CNC-Bearbeitung verwendet wird. Es ist typischerweise in Autoteilen, Fahrradteilen, Sportartikeln und anderen Freizeitartikeln zu finden. Dieses Material ist gut bearbeitbar; Es kann jedoch teurer sein als andere Metalle und hält Salzwasser oder bestimmten Chemikalien nicht gut stand. Aluminium 7075 ist eine Weiterentwicklung von 6061. Ideal für Luft- und Raumfahrtrahmen und Hochleistungs-Freizeitgeräte, ist es die stärkste im Handel erhältliche Aluminiumlegierung.

2. Edelstahl

Edelstahllegierungen sind stark und beständig gegen Verformung, Verschleiß und Korrosion. Edelstahl 303 enthält Schwefel für eine verbesserte Bearbeitbarkeit, aber dieses Material hat eine Reihe von Einschränkungen, die Ingenieure beachten müssen.

303 kann nicht kaltgeformt, wärmebehandelt oder geschweißt werden, und bei der CNC-Fertigung muss besonders auf Geschwindigkeit/Vorschübe und die Schärfe von Schneidwerkzeugen geachtet werden. Trotzdem stellt 303 hervorragende Muttern, Schrauben, Armaturen, Wellen und Zahnräder her, die nicht für die Schifffahrt geeignet sind.

Edelstahl 304 ist ein nichtmagnetischer Allzweckstahl für die CNC-Bearbeitung, der für seine Zähigkeit bekannt ist. Es ist leicht zu bearbeiten und korrosionsbeständig wie 303, aber es kann geschweißt werden. 304 eignet sich gut für eine Vielzahl von Verbraucher- und Industrieanwendungen, Küchenzubehör, Tanks und Rohre, Architektur und mehr. Edelstahl 316 ist dank der Zugabe von Molybdän noch korrosionsbeständiger als 304 oder 303. Es ist stark, schweißbar und einer der wenigen rostfreien Stähle in Marinequalität.

Da es unmöglich ist, rostfreie Stähle allein durch das Sehen zu unterscheiden, sollten Ingenieure sicherstellen, dass sie das Rohmaterial testen, um die Eigenschaften des verwendeten Stahls zu bestätigen.

3. Kohlenstoffstahl

Kohlenstoffstahl 1045 ist eine milde Kohlenstoffstahlsorte. Hersteller bearbeiten dieses Material oft, weil es billiger als die meisten rostfreien Stähle, aber stärker und zäher ist. 1045 ist leicht zu bearbeiten, schweißbar und kann gehärtet oder wärmebehandelt werden, um verschiedene Härten zu erreichen.

Dieses Material ist ideal für Muttern, Bolzen, Zahnräder, Wellen, Pleuel und andere starke, kleine mechanische Teile. 1045 kann auch für architektonische Anwendungen verwendet werden, muss jedoch oberflächenbehandelt werden, um Rost und Korrosion zu verhindern.

4. Titan

Titan ist für seine hohe Festigkeit, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit bekannt und wird häufig zur Herstellung von Teilen für die anspruchsvollsten Luft- und Raumfahrt-, Militär- und Industrieanwendungen eingesetzt. Dieses Material ist außerdem biokompatibel und für die Herstellung von Medizinprodukten geeignet.

Titan ist jedoch teurer als jedes andere Metall in seiner kommerziellen Form, lässt sich nicht gut polieren und ist ein schlechter elektrischer Leiter. Ingenieure sollten sich auch darüber im Klaren sein, dass Titan schwierig zu bearbeiten ist und spezielle Fräser erfordert.

5. Nylon

Nylon ist ein universeller, reibungsarmer Thermoplast, der häufig als Alternative zu Metall in CNC-gefertigten Teilen verwendet wird. Dieses Material ist steif, stark, schlagfest, chemikalienbeständig, aber überraschend elastisch. Nylon reagiert gut auf Additive und Füllstoffe, sodass Ingenieure dieses Material frei manipulieren können, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen.

Zu den beliebten Anwendungen für Nylon gehören elektrische Formteile, Kraftstoffsystemkomponenten, Zahnräder, Lebensmittelverpackungen, Stoffe und mehr. Nylon nimmt jedoch leicht Feuchtigkeit auf, was sich negativ auf die Dimensionsstabilität eines Teils auswirken kann.

Nutzen Sie Expertenratschläge zur Materialauswahl

Dies ist keine vollständige Liste, aber es ist klar ersichtlich, dass die CNC-Bearbeitung ein äußerst vielseitiger Herstellungsprozess ist, der eine gründliche Bewertung der Projektanforderungen erfordert, um das für das betreffende Teil am besten geeignete Material auszuwählen. Dennoch kann es eine Herausforderung sein, das ideale Gleichgewicht zwischen Kosten, Qualität und Zeit zu erreichen.

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