Expertenrat für Dünnwand-CNC-Bearbeitung: Werkzeugwahl, Bahnplanung & Qualitätskontrolle

Wie fertigt man dünnwandige CNC-Bearbeitungsteile? Es sind der Einfluss von Spannung, Schnitt und Parametern auf die Eigenspannung der Teile sowie der Einfluss von Schnittkraft und -wärme auf die Teilestruktur während des Schneidens zu berücksichtigen. Wie sichert man Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität? Hier sind drei Tipps für die Dünnwandbearbeitung.

Leitfaden & Tipps für Dünnwandbearbeitung: Werkzeugauswahl, Bahnplanung & mehr

Werkzeugauswahl

Die Wahl geeigneterer Schneidwerkzeuge kann die Produktionseffizienz direkt steigern. Für Aluminiumlegierungen sind keine hohen Anforderungen an das Werkzeugmaterial gestellt; generally können Hartmetallfräser verwendet werden, Beschichtung unbeschichtet oder diamantbeschichtet. Beim Schruppen, da Genauigkeit und Qualität noch keine Rolle spielen, können Metallwerkstoffe mit maximalem Materialabtrag effizient bearbeitet werden. Daher können großdurchmessige Werkzeuge gewählt werden, um Werkzeugwege und -zeiten zu reduzieren.

Zudem sollten beim Schruppen dichtgezahnte Werkzeuge statt dünngezahnter eingesetzt werden, um den Vorschub pro Umdrehung zu erhöhen und bei gleicher Drehzahl die Schnittgeschwindigkeit zu steigern. Beim Schlichten muss neben effizienter Materialabtragung die Kontrolle von Spannung und Verformung dünnwandiger Bauteile beim Schneiden fully berücksichtigt werden.

Für das Schlichten hochfester Aluminium-Dünnwandteile sollten Hartmetallwerkzeuge gewählt werden. Der Spanwinkel sollte nicht zu klein sein, sonst steigen Schneidverformung und Reibung, der Verschleiß der Spanfläche nimmt zu, die Standzeit sinkt. Zudem sollte der Eckenradius der Schneidspitze適切 gewählt werden; die Zähne sollten nicht zu dicht sein, was Spanabfuhr erleichtert, den Vorschub weiter erhöht, Kaltverfestigungsschichten verhindert und die Standzeit verlängert.

Bahnplanung

Eine der effektivsten Methoden zur Geschwindigkeits- und Effizienzsteigerung ist die Optimierung der Werkzeugbahn. Beim Hochgeschwindigkeitsschneiden muss die Richtungsstabilität der Bahn gewährleistet sein: Bahn so weit wie möglich vereinfachen, wenige Richtungswechsel, möglichst glatter Verlauf, um schnelle Richtungsänderungen zu reduzieren; Leerlaufzeiten minimieren, Schnittanteil am Gesamtprozess maximieren; Kreisbearbeitung soweit möglich nutzen, um durch ununterbrochenen Schnitt und Bahn die Anzahl der Werkzeugein- und -austritte zu reduzieren – für einen stabilen, effizienten und präzisen Schneidprozess.

Bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung großer komplexer Freiformflächen von Integralbauteilen: Ändert sich die Krümmung stark, sollte die Richtung des maximalen Krümmungsradius als optimale Schneidrichtung gewählt werden; ändert sich die Krümmung wenig, schwächt sich der Einfluss des Krümmungsradius ab, und die Richtung mit der längsten durchschnittlichen Einzelbahnlänge sollte gewählt werden.

Bei Schrägflächenbearbeitung: Wird horizontales Schneiden angewendet, ist der Schnittweg pro Abschnitt sehr kurz. Während des Schneidens muss die Spindel häufig umkehren, die Schnittstabilität ist schlecht. Zudem erfordert horizontales Schneiden an Schrägflächen die Kopplung von X- oder Y- und Z-Achse, was die Schnittgeschwindigkeitserhöhung behindert.

Daher sollte bei solchen Schrägflächen die Werkzeugbahn möglichst parallel zur längsten Schrägkante verlaufen. Dies ergibt nicht nur den längsten Werkzeugweg und die wenigsten Umkehrungen, sondern die Einzelbahn schneidet nur in der XY-Ebene, die Z-Bewegung liegt außerhalb des Werkstückkonturs – was selbst bei Hochgeschwindigkeitsschneiden Werkzeugschäden reduziert.

Schnittparameter-Auswahl

Beim Schruppen generally hohen Vorschub und angemessene große Schnitttiefe wählen, kombiniert mit mittlerer Schnittgeschwindigkeit („hohe Leistung“, hocheffizientes Schneiden), um hohe Materialabtragsrate und deutlich gesteigerte Produktionseffizienz zu erreichen. Beim Schlichten sind nur Drehzahlerhöhung und Zähnezahl-Erhöhung sinnvoll; eine Erhöhung des Vorschubs pro Zahn kann die Oberflächenqualität verschlechtern, Eigenspannungen erzeugen und Verformung verursachen. Daher werden oft leichte Schnitte mit hoher Schnittgeschwindigkeit und geringem Vorschub pro Zahn eingesetzt, um Produktionseffizienz, Genauigkeit und Oberflächenqualität zu sichern.

Schnittparameter können durch Schneid-FEM-Analyse und Schneidversuche bestimmt werden. Der Schneidversuch kann im optionalen Parameterbereich aus der FEM-Analyse designed werden. Mit Schneideffizienz, Oberflächenrauheit und bearbeiteter Oberflächenmorphologie als Bewertungskriterien werden die optimalen Schnittparameter schließlich ausgewählt.