Die besten Design- und Fertigungslösungen für die CNC-Bearbeitung scharfer Innenecken

Neben der Materialauswahl gehört das Design zu den kritischsten Faktoren bei der Bestimmung der Qualität und Funktionalität eines fertigen Teils. Unabhängig von der gewählten Herstellungsmethode sollten sich Produktteams während der Design- und Prototyping-Phase eines jeden Projekts an die Design for Manufacturability (DFM)-Prinzipien halten. Viele Produktteams empfinden DFM jedoch als besonders herausfordernd, wenn sie Teile für die CNC-Bearbeitung entwerfen.

Obwohl die CNC-Bearbeitung hervorragend für die Herstellung von Teilen mit engen Toleranzen geeignet ist, ist es teuer, scharfe innere Merkmale, insbesondere rechte Winkel, zu erzielen. CNC-Bits sind rund. Wenn also ein Ingenieur versucht, einen 90°-Winkel mit einem runden Bit zu bearbeiten, wird der Bit niemals in der Lage sein, einen rechten Winkel zu schneiden. Die zurückbleibende unzugängliche Eckengeometrie wird als Eckenradius bezeichnet. Inneneckenradien wirken sich direkt auf die Bearbeitbarkeit eines Teils aus und können sich auch auf Kosten und Produktionszeitpläne auswirken.

Glücklicherweise können Designer und Produktteams dieses Problem mit ein paar effektiven Designumgehungen umgehen, um scharfe interne Merkmale zu vermeiden. Wenn scharfe innere Merkmale unbedingt erforderlich sind, gibt es eine Reihe von Herstellungslösungen, die eingesetzt werden können. Folgendes müssen Produktteams wissen.

So vermeiden Sie scharfe Innenecken

Am besten vermeiden Designer scharfe Innenecken und fügen Radien an allen Innenkanten ein. Maschinisten verwenden einen Schaftfräser mit einem Radius, der etwas kleiner ist als der Radius der an der Kante hinzugefügten. Wenn beispielsweise der Radius eines Teils 0,25 Zoll beträgt, sollte ein 6-mm- oder 7/32-Zoll-Schaftfräser verwendet werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die Maschine mit angemessener Geschwindigkeit laufen kann, ohne das Werkzeug zu belasten.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, nicht standardmäßige Eckenradien zu verwenden. Das Hinzufügen von mindestens 0,02" bis 0,05" zu den inneren Eckenradien gibt dem Schaftfräser genügend Platz, um sich in der Ecke leicht zu drehen, ohne vollständig zum Stillstand zu kommen.

Darüber hinaus können Designer Inneneckradien weicher machen, indem sie mit einem größeren Werkzeug einen abgerundeten Werkzeugweg erstellen. Größere Werkzeuge erzeugen breitere Inneneckenradien und reduzieren den Werkzeugeingriff, was die Bearbeitungszeit verkürzt, Kosten senkt und eine glattere Oberflächenbeschaffenheit erzeugt. Ein Werkzeugradius von 150 % ist ausreichend, aber ein Werkzeugradius von 200 % wird im Allgemeinen als ideal angesehen.

Machbarkeits-Workarounds für scharfe Ecken

Wenn ein Produktteam ein Design verwendet, das scharfe Innenecken erfordert, stehen ihm immer noch einige Lösungen zur Verfügung. Einige Teams entscheiden sich dafür, die inneren Eckradien intakt zu lassen, aber ihre Größe zu reduzieren, indem sie einen Bohrer mit einem kleineren Durchmesser verwenden. Dies ist ein schneller, relativ kostengünstiger Ansatz, der die maschinelle Bearbeitung des ursprünglichen Designs nicht erschwert. Es sollte jedoch beachtet werden, dass dieser Ansatz nicht für dickere CNC-Materialien geeignet ist.

Die gebräuchlichste Art, scharfe Ecken auszugleichen, ist die Verwendung eines Dog-Bone- oder T-Bone-Filet. Diese Verrundungen sind Arten von Hinterschneidungen, die die Form der Ecke über den Schnittbereich hinaus verlängern, sodass der Bohrer entweder eine volle Drehung ausführen und die Ecke verlassen kann, wodurch ein Winkel von 90 ° entsteht, oder sich leicht zurückziehen kann, um eine scharfe Ecke zu erzeugen, wie es folgt der Werkzeugweg. Wie der Name schon sagt, sehen Hundeknochenfilets aus wie Kauspielzeug und T-Bone-Filets sehen aus wie der Buchstabe „T“ mit abgerundeten Kanten.

Dog-Bone- und T-Bone-Filet lassen sich nicht schwer in CNC-Designs integrieren, und sie treiben die CNC-Bearbeitungskosten nicht von Natur aus in die Höhe. Konstrukteure müssen jedoch daran denken, den Eintrittspunkt für die Hundeknochenverrundung 15 % bis 20 % größer als den Fräserdurchmesser zu machen.

Wenn das Design keine Hundeknochenleiste aufnehmen kann, besteht die einfachste Möglichkeit, scharfe Innenecken einzufügen, darin, sie manuell mit einer Zugsäge, einem Standardmeißel oder einem Eckenmeißel abzuwinkeln. Räumnadeln, Fräser und Elektroerosions-Bearbeitungswerkzeuge können ebenfalls scharfe Ecken erzeugen, sind jedoch tendenziell weniger kosteneffektive Lösungen.

Mit Drahterodieren können Sie auch rechte Winkel erzielen. Technisch gesehen können Sie keine wirklich rechtwinklige Ecke erreichen – es bleibt ein winziger Radius von 0,005″-0,006″, der vom Draht zurückbleibt – aber viele Produktteams finden einen so kleinen Radius akzeptabel. Die Bearbeitung um scharfe Ecken mit Drahterodieren kann einen sehr präzisen Schnitt und eine hervorragende Oberflächengüte liefern. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass Drahterodiermaschinen sehr langsam sind, insbesondere im Vergleich zu CNC-Schneidwerkzeugen.

Design für Bearbeitbarkeit mit schnellem Radius

Für viele Produktteams ist das Entwerfen eines sauberen, funktionalen Teils einfach – es ist schwieriger, auf Herstellbarkeit – und insbesondere Bearbeitbarkeit – zu konstruieren. Die Optimierung eines Designs für die Herstellbarkeit erfordert Übung, Erfahrung und viel technisches Know-how. Wie können Produktteams sicher sein, dass ihr Design zu einem funktionalen, schönen Teil führt, das die CNC-Bearbeitungskosten nicht in die Höhe treibt?

Mit Hilfe eines erfahrenen Fertigungspartners wie Fast Radius wird die Konstruktion für die Bearbeitbarkeit viel einfacher. Uns stehen die neuesten digitalen Designtechnologien zur Verfügung, und unser Team aus Designexperten und Ingenieuren kann Produktteams aller Formen und Größen bei der Optimierung ihres Teils unterstützen. Kontaktieren Sie uns noch heute – lassen Sie uns neue Dinge möglich machen.

Weitere wichtige Überlegungen und Tipps zum Design für die Bearbeitbarkeit finden Sie im Fast Radius Learning Center.

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