CNC-Bearbeitung ist der Prozess der Erstellung von Teilen verschiedener Formen und Größen durch Entfernen von überschüssigem Material aus einem massiven Block. Es ist eine der effizientesten Techniken zur Teileherstellung und wird in vielen Branchen wie Automobil, Luftfahrt und Medizin eingesetzt. Bei der CNC-Bearbeitung ist die Materialauswahl entscheidend für die Herstellung des perfekten Teils. Dieser Artikel wird Ihnen helfen, die Anforderungen der CNC-Bearbeitung und die Kriterien für die Auswahl des richtigen Materials für Ihr Projekt zu verstehen. CNC-Maschinen sind mit spezialisierten Schneidwerkzeugen wie Bohrern und Fräsern ausgestattet, die zum Schneiden und Formen des Materials gemäß dem CAD-Programm verwendet werden. Die Schneidwerkzeuge sind in der Regel aus hochwertigen Materialien wie Wolframkarbid gefertigt, die selbst die härtesten Materialien durchschneiden können. Die CNC-Bearbeitung ist in der Lage, Teile mit komplexen Formen und engen Toleranzen zu produzieren.
Verständnis der Anforderungen an die Bearbeitung
Bei der Betrachtung der Anforderungen an die CNC-Bearbeitung ist es wichtig zu wissen, dass je nach Art des Rohstoffs, das Material spezielle Methoden wie Wärmebehandlung, Glühen oder Beschichten benötigen kann. Diese sind notwendig, um die gewünschten Leistungsanforderungen zu erfüllen. Die Wärmebehandlung wird verwendet, um die Eigenschaften des Materials, wie Festigkeit oder Härte, durch Änderung seiner Mikrostruktur zu ändern. Der Glühprozess wird verwendet, um Spannungen im Material zu reduzieren und seine Plastizität zu verbessern. Beschichtungen werden verwendet, um die Verschleißfestigkeit zu verbessern und die Reibung zu reduzieren.
Auswahlkriterien für Materialien
Bei der Auswahl des Materials für die CNC-Bearbeitung müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden.
- Es muss in der Lage sein, die Temperaturen und Drücke, die mit dem Bearbeitungsprozess verbunden sind, zu widerstehen.
- Es ist erforderlich, dass das Material die Schneidkräfte aushält, die von der CNC-Maschine erzeugt werden.
- Es muss die gewünschte Form und Größe beibehalten.
- Seine einfache Verfügbarkeit und Wirtschaftlichkeit sind notwendig.
- Muss alle Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der Anwendung erfüllen.
Beliebte Materialien für die CNC-Bearbeitung
Es gibt mehrere Materialien, die häufig für die CNC-Bearbeitung verwendet werden:
- Stahl und seine Legierungen sind einige der beliebtesten. Das liegt daran, dass Stahl stark, korrosionsbeständig, langlebig und wirtschaftlich ist, was ihn zum idealen Material für viele Anwendungen macht. Ein weiteres wichtiges Argument für Stahl ist die Leichtigkeit, mit der er sich der CNC-Bearbeitung unterzieht, sowie seine hohe Anpassungsfähigkeit an die Wärmebehandlung, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Es gibt jedoch noch ein weiteres, äußerst wichtiges Merkmal, das dieses Material zu einer beliebten Wahl macht, und das ist seine Magnetizität. Dieser Aspekt ist führend, wenn ein Produkt mit solchen Eigenschaften erforderlich ist.
Edelstahl (austenitisch)
Sie bestehen aus den Serien 200 und 300. Ihre allgemeinen Eigenschaften sind:
- Hervorragende Korrosionsbeständigkeit.
- Sehr formbar.
- Nicht magnetisch.
- Kalt gehärtet (können nicht thermisch bearbeitet werden).
- Ausgezeichnete Schweißeigenschaften.
- Fähigkeit, unter extremen Temperaturen zu arbeiten.
- Anfälligkeit für Korrosionsrisse.
Sie werden durch Hinzufügung von Elementen wie Nickel, Mangan und Stickstoff erhalten. Der Chromgehalt liegt in der Regel zwischen 16 und 26%. Der Kohlenstoffgehalt liegt zwischen 0,03 und 0,08%. Chrom sorgt für einen Teil der Oxidationsbeständigkeit, ebenso wie Molybdän in einigen seiner Legierungen. Rostfreier Stahl wird bei Produkten wie Wellen, Ventilen, Schrauben, Buchsen, Muttern, chemischen Geräten, Krankenhausgeräten, maritimen Anwendungen, Flugzeugkomponenten, Lebensmittel- und Getränkeverarbeitungsgeräten, architektonischen Dekorationen, kryogenen Gefäßen, temporären Prothesen und vielen anderen Industrieprodukten eingesetzt.
Hervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu Masse
Aluminium ist leichter als die meisten Metalle, daher ist es eine gute Wahl, wenn Sie das Gewicht reduzieren möchten. Obwohl reines Aluminium eine Zugfestigkeit von weniger als 100 MPa hat, kann es auf verschiedene Weisen gehärtet werden:
- Veränderung der Eigenschaften durch Mischen mit anderen Elementen zur Verbesserung der Kornstruktur.
- Wärmebehandlung — Erwärmen und anschließendes Abkühlen mit einer bestimmten Geschwindigkeit, um Kristalle der idealen Größe zu erzeugen.
- Härten durch Verformung — Absichtliche Verformung von Metall zur Veränderung der Kornstruktur. Dies geschieht normalerweise während der Wärmebehandlung, beim Walzen, kann aber auch später durchgeführt werden, beispielsweise durch Schmieden.
Breites Spektrum an Legierungen und Materialeigenschaften
In Wirklichkeit ist Aluminium ein hervorragendes Basismaterial zur Bearbeitung. Es gibt viele Legierungen, von denen jede unterschiedliche Eigenschaften und Anwendungen hat, die auf Ihre Bedürfnisse zugeschnitten sind. Sie sind in verschiedene Serien gruppiert, von denen jede durch tausend multipliziert wird, zum Beispiel die Serie 6000. Normalerweise gilt, je näher die Kategorie-Nummer von Aluminium einer anderen ist, desto ähnlicher sind sie, daher sind 5082 und 5083 fast identisch.
Hier sind einige der beliebtesten Kategorien:
- 2024 – Luftfahrtgattung, mit hoher Ermüdungsfestigkeit, wandelt UTS (Ultimate tensile strength) in größere Plastizität/Festigkeit durch Zugabe einer Kupferlegierung um.
- 5083 – Seefahrtskategorie, mit hoher Korrosionsbeständigkeit, aufgrund des höheren Magnesiumgehalts.
- 6082 - Allzweckkategorie, mit einer guten Kombination aus Festigkeit, Formbarkeit und Korrosionsbeständigkeit, was sie vielseitig und weit verbreitet macht. Dies wird erreicht, indem es mit einer Mischung aus Magnesium und Silizium legiert wird (auch fast ein Äquivalent zu 6061).
- 7075 - Luftfahrtqualität mit hoher Festigkeit, gutem Eigenschaftsgleichgewicht, insbesondere bei hohen elektrostatischen Lasten. Es kann einer Wärmebehandlung unterzogen werden und enthält mehr Zink sowie Magnesium und Chrom.
Hohe Korrosionsbeständigkeit
Obwohl die Korrosionsbeständigkeit je nach Kategorie variiert, ist Aluminium eine ausgezeichnete Wahl, wenn das von Ihnen hergestellte Produkt diese am meisten benötigt. Viele Metalle und ihre Legierungen reagieren stark mit Sauerstoff. Hochreaktive Metalle, die Magnesium enthalten, oxidieren leicht, während weniger reaktive eine lose Oxidschicht bilden, in Form von Rost auf Eisen und Stahl. Stattdessen bildet Aluminium, wenn es freigelegt wird, eine passive Schicht aus Aluminiumoxid, die die Oberfläche versiegelt und Oxidation und Korrosion verhindert. Diese Schicht ist "selbstheilend", selbst bei Kratzern, so dass das Material möglicherweise nicht gestrichen oder oberflächenbehandelt werden muss, was die Produktions- und Servicekosten über die gesamte Nutzungsdauer hinweg sparen kann.
Hohe Leitfähigkeit
Obwohl Kupfer oft als Leitmaterial gewählt wird, wird Aluminium häufig für elektrische Komponenten verwendet, da es deutlich günstiger und leichter ist. Tatsächlich wird es oft für Sammelschienen, Batteriekabel und Anschlüsse verwendet, insbesondere in Automobil- und Elektrofahrzeuganwendungen. Seine gute Wärmeleitfähigkeit macht es auch zu einem häufig verwendeten Material für die Wärmeableitung.
Recycling
Da eine der Prioritäten von Unternehmen die nachhaltige Entwicklung ist, ist es eine gute Nachricht, dass etwa 75% des gesamten produzierten Aluminiums noch verwendet wird. Sein Recycling verbraucht deutlich weniger Energie als seine Produktion, daher kann Aluminium, solange wir die Verschmutzung kontrollieren können, ständig diesem regenerativen Prozess unterzogen werden.
Ästhetik
Die Bearbeitung dieses Materials kann ein hervorragendes Finish gewährleisten. Es ist von Natur aus korrosionsbeständig, aber um andere ästhetische Oberflächen zu erzielen, kann es eloxiert werden, um verschiedene Farben zu erzielen. Dies ist ein Oberflächenveredelungsverfahren, das nicht nur die Widerstandsfähigkeit des Materials gegen Verschleiß und Korrosion erhöht, sondern auch das Einführen von Farbe erleichtert. Der Prozess erhöht die Dicke der passiven Oxidschicht durch die Anwendung von Säuren und einem elektrolytischen Prozess. Aluminiumoxid ist eine harte Keramik, so dass diese Beschichtung wirklich langlebig ist.
Bearbeitung von Titan-Teilen
Als neutraler, glänzender Metallstoff verbindet sich Titan leicht mit Aluminium, Eisen, Nickel und anderen Metallen und bildet so viele leistungsstarke Titanlegierungen. Konkrete Attribute können in vielerlei Hinsicht variieren, aber einige der typischen Eigenschaften von Titan werden oft unten aufgeführt:
- Hohe Beständigkeit gegen Rost und Korrosion
- Keine Toxizität
- Plastizität
- Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht
- Biokompatibilität
- Hohe Energieabsorption
- Niedrige Haftung
Zusammenfassung
Die Auswahl des richtigen Materials für die CNC-Bearbeitung kann eine schwierige Aufgabe sein. Es ist wichtig, die Anwendung und Leistungsanforderungen zu berücksichtigen. Stahl, Aluminium, Kunststoffe und ihre Verbundstoffe sowie Titan und seine Legierungen sind beliebte Materialien für die CNC-Bearbeitung. Es ist wichtig, die Anforderungen für einen solchen Prozess bei der Auswahl zu berücksichtigen. Durch das Verständnis der Anforderungen der CNC-Bearbeitung und verschiedener Kriterien, wie zum Beispiel die Auswahl des richtigen Materials für eine bestimmte Anwendung, kann man sicher sein, dass man die richtige Wahl für ein bestimmtes Projekt trifft.