Bearbeitbarkeit von Werkstückwerkstoffen bei der CNC-Bearbeitung

Die Bearbeitbarkeit gibt an, wie leicht ein Werkstoff auf die gewünschte Form, Größe und Oberflächenbeschaffenheit gebracht werden kann. Sie wirkt sich unmittelbar auf die Bearbeitungszeit, den Werkzeugverschleiß, die Oberflächenqualität und die Teilekosten aus. Der Werkstoff muss jedoch auch die Anforderungen an Festigkeit, Gewicht, Korrosionsbeständigkeit und Leitfähigkeit des Bauteils erfüllen, sodass bei der richtigen Wahl beide Aspekte berücksichtigt werden müssen. Ein erfahrener CNC-Bearbeitungsdienstleister kann Ihnen dabei helfen, dieses Gleichgewicht für Ihr Bauteil zu finden.

Kurze Antwort: Messing (C360) und Aluminium (6061, 7075) lassen sich am einfachsten CNC-bearbeiten. Kohlenstoff- und legierte Stähle (1018, 1045, 4140) sowie Edelstahl der Güteklasse 303 sind mäßig leicht zu bearbeiten. Standard-Edelstähle (304, 316) und reines Kupfer (C110) sind härter, und Titan (Güteklasse 5) ist das am schwierigsten zu bearbeitende der hier behandelten Metalle. Diese härteren Metalle werden aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit, Leitfähigkeit oder ihres Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses dennoch häufig verwendet.

Was unter „Bearbeitbarkeit“ zu verstehen ist

Ein Metall mit guter Zerspanbarkeit lässt sich schnell bearbeiten, verschleißt die Werkzeuge nur langsam und hinterlässt eine glatte Oberfläche. Eine schlechte Zerspanbarkeit bedeutet langsameres Zerspanen, schnelleren Werkzeugverschleiß und höhere Kosten , wenn Sie bei einem CNC-Bearbeitungsdienstleister bestellen. Die wichtigsten Faktoren sind die Härte (härtere Metalle verschleißen Werkzeuge schneller), die Wärmeentwicklung (manche Metalle speichern Wärme am Schneidwerkzeug, wodurch dieses beschädigt wird) und die Verhärtung während des Schneidens (manche Metalle, wie beispielsweise Edelstahl und Titan, werden beim Schneiden härter).

CNC-Metalle für die CNC-Bearbeitung und ihre Eigenschaften

1. Messing (C360) – hervorragende Zerspanbarkeit

Messing C360 lässt sich sehr schnell zerspanen, bricht in kleine, saubere Späne und hinterlässt eine glatte Oberfläche bei geringem Werkzeugverschleiß. Es zeichnet sich durch geringe Reibung, gute Korrosionsbeständigkeit und ein ansprechendes Erscheinungsbild aus und wird für Ventilteile, Armaturen, Verbindungsstücke und Zierteile verwendet. Da C360 Blei enthält, ist für Trinkwasserteile möglicherweise ein bleifreies Messing erforderlich.

2. Aluminium (6061, 7075) – hervorragende Bearbeitbarkeit

Aluminium ist das am häufigsten CNC-bearbeitete Metall und lässt sich viel schneller schneiden als Stahl, was die Kosten niedrig hält. Es wiegt etwa ein Drittel so viel wie Stahl, ist von Natur aus korrosionsbeständig und leitet Wärme gut. 6061 ist die Allzwecksorte. 7075 ist wesentlich fester und lässt sich dennoch gut bearbeiten, wodurch es sich für stark beanspruchte Teile eignet. Zu den typischen Anwendungsbereichen zählen Gehäuse, Halterungen, Kühlkörper, Teile für die Luft- und Raumfahrt sowie Prototypen.

3. Kohlenstoff- und legierter Stahl (1018, 1045, 4140) – gute Zerspanbarkeit

Diese Stähle bieten hohe Festigkeit und Zähigkeit bei geringen Materialkosten, benötigen jedoch meist eine Beschichtung, um Rost zu verhindern. 1018 ist kostengünstig und lässt sich leicht bearbeiten und schweißen. 1045 ist fester, aber etwas schwieriger zu bearbeiten. 4140 kann in seinem weicheren Zustand bearbeitet und anschließend wärmebehandelt werden oder bereits gehärtet erworben werden. Typische Anwendungsbereiche sind Wellen, Zahnräder, Vorrichtungen und Halterungen.

4. Edelstahl (303, 304, 316) – mäßige Zerspanbarkeit

Edelstahl bietet Festigkeit und hervorragende Korrosionsbeständigkeit, lässt sich jedoch schwerer bearbeiten als Kohlenstoffstahl. Er wird beim Schneiden härter und speichert Wärme am Werkzeug, weshalb scharfe Werkzeuge und langsamere Schnittgeschwindigkeiten erforderlich sind. Die Sorte 303 lässt sich am einfachsten bearbeiten, ist jedoch etwas weniger korrosionsbeständig und wird nicht zum Schweißen empfohlen. Die Sorte 304 ist die gängigste. Die Sorte 316 ist am besten gegen Salzwasser und Chemikalien beständig, lässt sich jedoch von den dreien am schwersten bearbeiten. Typische Anwendungsbereiche sind die Medizin, die Lebensmittelverarbeitung und Schiffbauteile.

5. Kupfer (C110) – mäßige Zerspanbarkeit

Kupfer wird aufgrund seiner elektrischen und thermischen Leitfähigkeit ausgewählt, nicht wegen seiner guten Bearbeitbarkeit. Es ist weich und klebrig, bildet lange Späne, die am Werkzeug haften bleiben, und erfordert sehr scharfe Werkzeuge. C110 ist die Standardgüte für Sammelschienen, elektrische Kontakte, Wärmetauscher und HF-Geräte.

6. Titan (Güteklasse 2, Güteklasse 5) – schwierige Zerspanbarkeit

Titan eignet sich ideal für Bauteile, die leicht und sehr fest sein müssen, ist jedoch von den hier behandelten Metallen am schwierigsten zu bearbeiten. Es speichert Wärme am Schneidwerkzeug und führt zu schnellem Werkzeugverschleiß, weshalb es langsam und mit reichlich Kühlmittel bearbeitet werden muss, was die Kosten in die Höhe treibt. Es ist korrosionsbeständig und für den Einsatz im menschlichen Körper unbedenklich und wird für Bauteile in der Luft- und Raumfahrt, medizinische Implantate und Hochleistungsbauteile verwendet. Die Güteklasse 5 ist am weitesten verbreitet. Die Güteklasse 2 ist weicher und leichter zu bearbeiten, aber weniger fest.

Bearbeitbarkeit gängiger CNC-Kunststoffe

Kunststoffe lassen sich schnell und mit geringem Werkzeugverschleiß schneiden, können jedoch durch die Schnittwärme schmelzen, sich unter dem Schnittdruck verbiegen und ihre Abmessungen temperaturabhängig verändern, sodass es schwieriger ist, präzise Maße einzuhalten. Scharfe Werkzeuge, leichte Schnitte und eine gute Kühlung führen zu den besten Ergebnissen.

• Acetal (Delrin):Acetal ist steif, weist eine geringe Reibung auf und behält seine Form gut bei. Es wird für Zahnräder, Buchsen und Präzisionsteile verwendet.

• Nylon: Nylon ist robust und verschleißfest, nimmt jedoch Feuchtigkeit auf, wodurch sich seine Abmessungen geringfügig verändern können. Es wird für Zahnräder, Verschleißplatten und Distanzstücke verwendet.

• ABS: ABS ist kostengünstig und lässt sich leicht lackieren, weshalb es für Prototypen, Gehäuse und Abdeckungen beliebt ist.

• Polycarbonat und Acryl: Beides sind durchsichtige Kunststoffe. Polycarbonat zerkratzt leicht, und Acryl kann reißen, wenn es zu kräftig geschnitten wird. Sie werden für Abdeckungen, Fenster und Vitrinen verwendet.

• PEEK: PEEK ist fest und beständig gegen Hitze und Chemikalien, allerdings ist es teuer. Es wird für Bauteile in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Medizin verwendet.

So wählen Sie das richtige Metall für die CNC-Bearbeitung aus

Das beste Metall ist dasjenige, das Ihre Leistungsanforderungen bei den geringsten Gesamtkosten erfüllt.

Wie man die Bearbeitbarkeit mit den Anforderungen an das Bauteil in Einklang bringt

Das beste Material erfüllt Ihre Leistungsanforderungen bei den niedrigsten Gesamtkosten:

1. Definieren Sie die Funktion: Listen Sie die Belastungen, Beanspruchungen und den Verschleiß auf, denen das Bauteil standhalten muss.

2. Prüfen Sie die Umgebungsbedingungen: Feuchtigkeit, Chemikalien, Hitze und Witterungseinflüsse schränken Ihre Auswahlmöglichkeiten ein.

3. Berücksichtigen Sie das Gewicht: Aluminium und Titan sind ideal, wenn jedes Gramm zählt.

4. Finden Sie das richtige Gleichgewicht zwischen Bearbeitbarkeit und Budget: Schwer zu bearbeitende Metalle verlängern die Bearbeitungszeit, erhöhen den Werkzeugverschleiß und treiben die Kosten in die Höhe. Wählen Sie sie daher nur, wenn es unbedingt erforderlich ist.

5. Planen Sie die Oberflächenbehandlung: Eloxieren (bei Aluminium) und Beschichten (bei Stahl) können die Korrosions- und Verschleißfestigkeit eines kostengünstigeren Metalls verbessern.

6. Denken Sie an die Lautstärke: Erstellen Sie einen Prototyp aus Ihrem Produktionsmaterial, wenn Sie die Leistung unter realen Bedingungen testen müssen.

CNC-Bearbeitung, Prototypenbau und Serienfertigung mit Norck

Norck bietet CNC-Bearbeitung auf Abruf an, vom Einzelprototyp bis zur Großserienfertigung, unter Anwendung von nach ISO 9001:2015 zertifizierten Prozessen. Zu den Dienstleistungen gehören 3- und 5-Achsen-Fräsen, Drehen und Fräsdrehen, Schleifen, Honen und Funkenerosion sowie Entgraten, Endbearbeitung, Galvanisieren und Montage. Norck verarbeitet Aluminium, Stähle, Speziallegierungen, Kunststoffe und Verbundwerkstoffe, bietet DFM-Analysen mit Materialempfehlungen an und verfügt über ein Fertigungsnetzwerk in den USA und Europa, das Kunden aus den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, Robotik, Medizin, Automobilindustrie, Energie, Elektronik und Industrie bedient.

Fazit

Messing und Aluminium lassen sich am einfachsten bearbeiten, Kohlenstoffstahl bietet ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Festigkeit und Kosten, während Edelstahl, Kupfer und Titan zwar schwieriger zu bearbeiten sind, aber unverzichtbar sind, wenn ihre Eigenschaften entscheidend sind. Kunststoffe wie Acetal, Nylon und ABS lassen sich schnell bearbeiten und eignen sich für leichte oder kostengünstige Bauteile. Bei der richtigen Wahl muss die Bearbeitbarkeit mit den Anforderungen an das Bauteil abgewogen werden.

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