Ein Leitfaden zur Auswahl des besten CNC-Materials für die maschinelle Bearbeitung

Die CNC-Bearbeitung ist ein hochpräziser Prozess, der mit vielen Materialien kompatibel ist. Die richtigen CNC-Bearbeitungsmaterialien spielen eine große Rolle für die Effizienz des Fertigungsprozesses und die Qualität und Funktion eines bearbeiteten Teils. Es kann jedoch schwierig sein, aus der Vielzahl das Richtige auszuwählen.

Dieser Artikel erklärt, wie Sie das geeignete CNC-Material für Ihr Projekt auswählen.

3-Schritte-Leitfaden für die Materialauswahl für die CNC-Bearbeitung

Bevor Sie in den Artikel eintauchen, finden Sie unten eine kurze Einführung in die 3-Schritte-Anleitung, die die meisten CNC-Maschinisten verwenden, um ein Material auszuwählen. Beachten Sie jedoch, dass dies eine Einführung ist, da jeder Schritt in den nachfolgenden Abschnitten vollständig erklärt wird.

· Schritt 1:Priorisieren Sie Ihre Ersatzteilanforderungen

Teileanforderungen sind das Herzstück der CNC-Bearbeitung und legen die Vorlage für die Art des Materials fest, das Sie verwenden können. Zu den allgemeinen Anforderungen gehören die Anwendung des Teils, d. h. die Umgebung, in der es verwendet wird, vorausgesetzte Eigenschaften wie geringes Gewicht, Zugfestigkeit und Ihr Budget.

· Schritt 2:Identifizieren Sie potenzielle Materialien

Die Priorisierung von Materialien basierend auf den oben genannten Teileanforderungen führt dazu, dass Sie einige Materialien identifizieren, die alle oder die meisten von ihnen erfüllen können. Erstellen Sie eine Liste dieser Materialien.

· Schritt 3:Wählen Sie das am besten geeignete Material

Wählen Sie das am besten geeignete Material, indem Sie einen Kompromiss zwischen den Teileanforderungen eingehen. Sie können beispielsweise die Kosten der mechanischen Leistung vorziehen, wenn Ihr Budget nicht im Rahmen liegt.

Schritt Nr. 1:Berücksichtigen Sie Ihre Teileanforderungen bei der Auswahl von Materialien für die CNC-Bearbeitung

Nachfolgend finden Sie eine intensive Untersuchung der Teileanforderungen, die für jedes CNC-Bearbeitungsprojekt gelten.

· Teileanwendungen

Stellen Sie sicher, dass das von Ihnen verwendete CNC-Material mit der beabsichtigten Anwendung oder Umgebung kompatibel ist. Vergleichen wir zum Beispiel Edelstahl und Kohlenstoffstahl, die zur Herstellung von Strukturteilen in Meeresumgebungen bestimmt sind. Beide Materialien sind maschinell bearbeitbar. Edelstahl ist jedoch besser geeignet, da es korrosionsbeständig ist. Wenn Sie sich eine normal trockene Umgebung ansehen, wäre Kohlenstoffstahl besser geeignet, da er stärker und haltbarer ist.

· Teilegewicht

Stellen Sie sicher, dass die Materialien, die Sie in Betracht ziehen, das richtige Gewicht haben, das für ihre Anwendung erforderlich ist. Größer bedeutet nicht besser. Beispielsweise sind Aluminium und andere Materialien mit geringer Dichte aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer Festigkeit sehr attraktiv für die Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie.

· Teileigenschaften

Die richtigen CNC-Materialien haben die notwendigen Eigenschaften, die eine effektive Bearbeitung ohne Funktionsverlust unterstützen. Daher sollten Sie die Teileeigenschaften berücksichtigen, die Sie berücksichtigen können.

Bearbeitbarkeit

Die Bearbeitbarkeit zeigt, wie kompatibel das Material mit dem CNC-Bearbeitungsprozess ist. Das richtige Material sollte gut zerspanbar sein, was zu einer Steigerung der Produktionseffizienz und einer Reduzierung zerstörter CNC-Teile führt. Weiche Metalle wie Aluminium, Kupfer, Messing und Kunststoffe sind gut bearbeitbare Materialien.

Hartmetalle und zähe Kunststoffe wie Metall oder Kohlefaser weisen eine geringe Bearbeitbarkeit auf. Daher führt dies zu einer geringen Produktivität und Produktionseffizienz, da die Schnittgeschwindigkeit und Vorschubraten der CNC-Maschine gesteuert werden müssen . Sie können auch die Metallteile beschädigen oder spezielle Schneidwerkzeuge erfordern, wie im Fall von Titan.

Stärke

Es gibt unterschiedliche Festigkeitsmaße für Metall und Kunststoff, und Sie sollten Folgendes berücksichtigen, wenn Sie nach dem perfekten Material für Ihr Projekt suchen:

• Zugfestigkeit : Der Widerstand des Materials gegen eine Zugkraft
• Druck oder tragend: Der Widerstand des Materials gegen eine konstante Belastung
• Zähigkeit: Die Fähigkeit des Materials, Reißen zu widerstehen
• Elastizität: Die Fähigkeit des Materials, nach dem Entfernen der Belastung in seine ursprüngliche Form zurückzukehren

Kennen Sie die tolerierbare Festigkeitsgrenze der Teile, die Sie herstellen möchten, und wählen Sie dann ein Material, das diese Grenzen erfüllt. Darüber hinaus können Sie online umfassende technische Informationen über die Festigkeit verschiedener Materialien erhalten oder mit unseren Mitarbeitern sprechen.

Hitzebeständigkeit

Hitzebeständigkeit zeigt die Fähigkeit des Materials, einer Änderung der mechanischen Eigenschaften aufgrund einer Temperaturänderung zu widerstehen. Stellen Sie sicher, dass sich die von Ihnen ausgewählten Materialien als Reaktion auf Temperaturänderungen nicht unregelmäßig ausdehnen oder zusammenziehen.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosionsbeständigkeit ist die Fähigkeit des Materials, Fremdstoffen zu widerstehen, die zum Versagen von Teilen führen können. Solche Fremdstoffe sind nicht nur auf Wasser beschränkt. Andere Beispiele umfassen Öl, Fett und chemische Reagenzien wie Säuren, Salze und Alkohol. Stellen Sie daher sicher, dass Sie das technische Datenblatt des Materials durchgehen, um zu überprüfen, ob es einer chemischen Belastung standhält.

Härte

Die Materialhärte zeigt die Fähigkeit, punktuellen Oberflächenbelastungen standzuhalten, und bestimmt, welche Materialien eine CNC-Maschine schneiden kann. Harte Materialien sind für die CNC-Bearbeitung nicht geeignet, da sie die Bauteile von CNC-Maschinen zerstören können. Außerdem benötigen sie spezielle Schneidverfahren. Zum Beispiel benötigt Titan ein Diamant-Schneidwerkzeug.

Ausdauerstärke/-grenze

Es ist die allgemeine Fähigkeit der Materialien, Stress zu absorbieren. Beispielsweise hat Aluminium aufgrund seiner Mikrostruktur keine Dauerhaltbarkeitsgrenze. Seine Legierungen sollten jedoch eine Dauerfestigkeit von 1/3 der Zugfestigkeit haben.

· Abmessungstoleranz

Die Maßtoleranz ist die zulässige Grenze in der Variation der Maschinenteile für eine effektive Funktion. Für höhere Maßtoleranzen benötigen Sie gut bearbeitbare Materialien.

Teile, die mit engen Toleranzen hergestellt wurden, sind einfacher zusammenzubauen. Sie eignen sich daher hervorragend für die Automobil- und Luftfahrtindustrie.

Außerdem hat jede CNC-Maschine je nach Hersteller ihr Toleranzniveau. Die durchschnittliche Toleranz beträgt jedoch 0,02 mm. Wenn Sie sich bezüglich der Toleranz nicht sicher sind, können Sie unseren Artikel über die Standardtoleranz für die CNC-Bearbeitung lesen.

· Körperliche Erscheinung

Ästhetik steht bei der Auswahl eines CNC-Materials nicht im Vordergrund. Möglicherweise müssen Sie dies jedoch für bestimmte Produkte in Betracht ziehen, insbesondere für Verbraucher.

Das physikalische Erscheinungsbild kann sich auf die Glätte und Farbe des fertigen Teils beziehen. Metalle haben normalerweise eine glatte Oberflächenbeschaffenheit, obwohl sie eine begrenzte Farbpalette haben. Kunststoffmaterialien gibt es in verschiedenen Farben.

· Projektbudget

Die Materialkosten sind ein wichtiger Bestandteil der CNC-Materialauswahl, da die CNC-Bearbeitung ein subtraktiver Prozess ist, d. h. die Maschine zerspant das Werkstück, um das Endprodukt herzustellen. Daher ist das Projektbudget der wichtigste Faktor bei der Materialauswahl. Achten Sie darauf, dass Sie im Rahmen des Aufwands ein Material mit den gewünschten Eigenschaften wählen.

Schritt Nr. 2:Kandidaten für CNC-Bearbeitungsmaterial identifizieren

Anhand der oben hervorgehobenen Teileanforderungen sollten Sie in der Lage sein, eine Liste kompatibler Materialien für Ihr Projekt zu erstellen. Drei Arten von Materialien sind für die CNC-Bearbeitung geeignet:Metalle, Kunststoffe und andere. Dieser Abschnitt behandelt die drei Typen, ihre Eigenschaften und ihre Anwendung.

· Metall CNC-Bearbeitungsmaterialien

Metalle sind gängige CNC-Fräsmaterialien mit einzigartigen Eigenschaften. Es gibt eine breite Palette von Metallen, die mit dem Verfahren kompatibel sind. Nachfolgend finden Sie die bekannten Optionen, ihre Eigenschaften und Anwendungen

– Aluminium

Aluminiumlegierungen haben im Allgemeinen ein gutes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, thermische und elektrische Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Das Niveau dieser Eigenschaften hängt jedoch von der Art der Aluminiumlegierung ab . Beispiel:6061 vs. 7075 Der Aluminiumvergleich zeigt, dass Aluminium 6061 eine geringere Korrosionsbeständigkeit aufweist. Es gibt auch andere Vergleiche von Aluminiumlegierungen, die die Vielfalt der Materialeigenschaften zeigen.

Aluminiumlegierungen werden in der Automobil- und Luftfahrtindustrie zur Herstellung von Teilen wie Rahmen und Hochleistungs-Freizeitgeräten eingesetzt

–  Messing

Messing ist eine Legierung aus Zink und Kupfer. Im Gegensatz zu Bronze und Kupfer , Es ist ein kostengünstiges Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten, hoher chemischer Beständigkeit und geringer Festigkeit. Aufgrund seiner Weichheit ist es gut bearbeitbar. Infolgedessen eignet sich Messing zur Herstellung von Teilen, die in der medizinischen Industrie (chirurgische Instrumente), im Maschinenbau und in der Musikindustrie (Saiten) verwendet werden.

–  Edelstahl

Edelstahllegierungen sind beständig gegen Korrosion, Verformung und Verschleiß. Die meisten Edelstahllegierungen können wärmebehandelt werden, mit Ausnahme der Edelstahlbleche 303, die zur Herstellung von Muttern, Bolzen, Wellen und Zahnrädern verwendet werden. Eine weitere gängige Legierung ist der Edelstahl 304, der für seine gute Bearbeitbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit bekannt ist.

Edelstahl wird im Allgemeinen in der medizinischen Industrie zur Herstellung von chirurgischen Werkzeugen und in der Automobil- und Luftfahrtindustrie eingesetzt.

–  Stahl

Stahllegierungen haben eine hohe Formbarkeit, Schweißbarkeit und Bearbeitbarkeit. Der Grad dieser Eigenschaften hängt jedoch von der Legierung ab. Stahl eignet sich zur Herstellung von Materialien, die starke Schweißnähte erfordern, wie z. B. Zahnräder und Wellen.

–  Titan

Titan hat eine hohe Festigkeit, Zähigkeit, Biokompatibilität und Korrosionsbeständigkeit. Es ist die meiste Zeit im Vergleich zu Aluminium. Im Gegensatz zu Aluminiumlegierungen ist es jedoch teuer und hat eine geringe maschinelle Bearbeitbarkeit (es erfordert spezielle Schneidwerkzeuge). Es hat auch eine geringe Schweißbarkeit, weshalb viele Maschinisten Stahl bevorzugen, wenn sie Titan mit Stahl vergleichen.

Titan ist ein wichtiges Material für Rapid-Prototyping-Teile, die in der Luft- und Raumfahrt, beim Militär und in der Herstellung medizinischer Geräte verwendet werden.

–  Kupfer

Kupfer hat eine hohe elektrische Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit sowie Wärmeleitfähigkeit. Es hat jedoch eine geringe Beständigkeit gegenüber Chemikalien wie Säuren, Halogenen, Sulfiden und Ammoniaklösungen.

Kupfer wird in der Elektroindustrie zur Herstellung leitfähiger Teile und in der Automobilindustrie zur Herstellung von Kühlsystemen und Wärmetauschern verwendet.

· Kunststoff CNC-Bearbeitungsmaterialien

Kunststoffpolymere sind auch gängige Materialien für die CNC-Bearbeitung und für ihre Vielseitigkeit und ästhetischen Eigenschaften bekannt. Nachfolgend sind die bekannten Optionen, ihre Eigenschaften und ihre Anwendungen aufgeführt.

–  ABS

ABS-Kunststoff ist ein Thermoplast mit hoher Schlagfestigkeit, geringer elektrischer Leitfähigkeit und hoher chemischer Beständigkeit. Es ist häufiger im Spritzguss, obwohl es aufgrund seiner Vielseitigkeit in der CNC-Bearbeitung sehr gut anwendbar ist.

ABS ist bei der Herstellung von Automobilkomponenten, Spielzeug und Sportartikeln anwendbar. Im Gegensatz zu anderen Kunststoffen ist es jedoch kostengünstiger und hält hohen Temperaturen nicht lange stand.

– Nylon

Nylon ist ein Polyamidpolymer mit hoher Bearbeitbarkeit, mäßiger Flammbeständigkeit und hoher Festigkeit. Es eignet sich zur Herstellung von Isolatoren, Lagern, Rädern und Gehäusen für Unterhaltungselektronik.

–  Acryl

PMMA ist ein starres, transparentes, kratzfestes und schlagfestes Material, das als Ersatz für Glas verwendet wird. Acryl für CNC eignet sich zur Herstellung von Bildschirmen, Linsen, durchsichtigen Gehäusen und zur Aufbewahrung von Lebensmitteln (aufgrund des Fehlens von Bisphenol-A). Es ist jedoch anfällig für Wärmeverformung.

–  PEEK

PEEK ist ein halbkristallines Polymer mit ausgezeichneter Bearbeitbarkeit, überlegener Dimensionsstabilität, chemischer Beständigkeit und angemessener Schlagfestigkeit. Es ist bei der Herstellung von Teilen wie Testbuchsen, Schaltern und Steckverbindern anwendbar.

–  PVC

PVC ist chemisch beständig und günstiger als die meisten CNC-Fräsmaterialien. Es ist in der Wohnungswirtschaft zur Herstellung von Wasser- und Gasleitungen anwendbar.

· Andere CNC-Bearbeitungsmaterialien

Obwohl Metalle und Kunststoffe die beliebtesten CNC-Bearbeitungsmaterialien sind, gibt es andere kompatible Materialien. Nachfolgend finden Sie einige, die für Ihr Projekt geeignet sein können.

–  Keramik

Keramik ist ein Material, das dafür bekannt ist, spröde, hitzebeständig und korrosionsbeständig zu sein. Daher muss es sorgfältig bearbeitet werden.

Aufgrund seiner Eigenschaften ist es wichtig für die Herstellung von Komponenten mit Hitzebeständigkeit, z. B. Motorkomponenten von Space Shuttles, Panzerpanzerungen und Supraleitern.

–  Holz

Holz (Massivholz und Sperrholz) hat eine hohe Ästhetik und Verschleißfestigkeit. Sperrholz hat mehr Dimensionsstabilität. Daher ist es für Produkte geeignet, die ein hohes Toleranzniveau erfordern. Beide Materialien sind teuer und erfordern möglicherweise spezielle Schneidwerkzeuge.

– Schäume

Schäume sind kostengünstige, leichte und leicht zu bearbeitende Materialien, die sich als Testmaterialien in der CNC-Bearbeitung eignen. Es gibt zwei Arten:starr und geschnitzt.

Hartschaumstoffe haben einen höheren Isolationswert (sie können bei Temperaturen zwischen -100° und 200° F arbeiten). Dadurch eignen sie sich zur Herstellung von Teilen für Fußböden und Wände. Sie eignen sich auch zur Herstellung von Produkten, die Feuchtigkeit standhalten müssen.

Schnitzschaum hat eine höhere Flexibilität. Daher sind sie bei der Herstellung von Produkten wie Dichtungen und Siegeln anwendbar.

–  Komposite

Verbundwerkstoffe sind synthetische Materialien aus Kohlenstoff, Glas usw., die durch duroplastisches oder thermoplastisches Harz miteinander verbunden sind. Aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung weisen sie eine geringere Bearbeitbarkeit auf. Infolgedessen sind sie schwer zu bearbeiten und erfordern häufig Diamantwerkzeuge und 5-Achsen-CNC-Maschinen. Sie sind in Automobil-, Luft- und Raumfahrt- und Stromerzeugungsanwendungen anwendbar.

Schritt Nr. 3:Auswahl der besten Materialien für die CNC-Bearbeitung

Die Wahl des besten CNC-Bearbeitungsmaterials hängt von dem Produkt ab, das Sie sich vorstellen, und seinen Anwendungen. Da es viele Materialien gibt, sollten Sie in der Lage sein, eine Liste der geeigneten Materialien zu erstellen. Nachfolgend finden Sie einige Dinge, die Sie berücksichtigen können, um das beste Material auszuwählen.

· Berücksichtigen Sie nichtmetallische Materialien

Metalle sind nicht immer die beste Option. Einige nichtmetallische Materialien haben Eigenschaften wie Metalle. Zum Beispiel ist Polycarbonat ein sehr starker Kunststoff, vergleichbar mit Metallen. Außerdem ist es leicht, langlebig und formbar. Verwenden Sie sie daher, wenn Ihr Projekt mit einem nichtmetallischen CNC-Material besser abschneiden würde.

· Phenole in Betracht ziehen

Phenole sind hart, formstabil, elektrisch beständig, hitzebeständig und chemikalienbeständig. Daher sind sie großartige Optionen, um bestimmte Vorschriften in Ihren Projekten einzuhalten.

· Die verschiedenen Zwecke von Schäumen kennen

Schäume sind aufgrund ihres geringen Gewichts, ihrer Haltbarkeit und Steifigkeit sehr wichtig bei der Bearbeitung. Daher könnten sie das richtige Testmaterial sein, besonders wenn Sie mit teuren Materialien arbeiten. Hartschaum eignet sich für Teile, die eine hohe strukturelle Integrität und Stabilität erfordern, während Schnitzschaum für Teile geeignet ist, die ein hohes Maß an Isolierung und Prototypen für Formen erfordern.

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Häufig gestellte Fragen

Was ist das beste Aluminium für die Bearbeitung?

Aluminium 6061-T6 ist eine beliebte Aluminiumlegierung, die als Standardqualität für die CNC-Bearbeitung gilt. Es ist gut bearbeitbar, leicht, korrosionsbeständig und vielseitig. Es ist in der Automobil- und Luftfahrtindustrie anwendbar

Welche Materialien kann eine CNC-Maschine schneiden?

Eine CNC-Maschine kann weiche Metalle wie Aluminium und Edelstahl, Kunststoffe wie ABS, PEEK und PVC und andere Materialien wie Schaumstoffe und Keramiken schneiden.

Was ist besser zwischen Kunststoffen und Metallen?

Beide Materialien haben Eigenschaften, die in verschiedenen Szenarien anwendbar sind. Metalle sind teuer mit guten funktionellen Eigenschaften. Aus ästhetischen Gründen sind Kunststoffe die bessere Option. Das bedeutet nicht, dass Metalle keine ästhetischen Eigenschaften haben. Sie können sie durch Oberflächenveredelung ästhetisch gut aussehen lassen. Außerdem können viele Kunststoffe Metalle in Bezug auf funktionelle Eigenschaften ersetzen.