Wie man das richtige Material für die CNC auswählt

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Bei der CNC-Bearbeitung werden Teile verschiedener Formen und Größen durch Abtragen von überschüssigem Material aus einem festen Materialblock hergestellt. Sie ist eine der effizientesten Techniken zur Herstellung von Teilen und wird in vielen Branchen wie der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt und der Medizintechnik eingesetzt. Bei der CNC-Bearbeitung ist die Wahl des Materials entscheidend für das perfekte Teil. Dieser Artikel soll 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 speziellen Schneidwerkzeugen wie Bohrern und Fräsern ausgestattet, mit denen das Material entsprechend dem CAD-Programm geschnitten und geformt wird. Die Schneidewerkzeuge bestehen in der Regel aus hochwertigen Materialien wie Wolframkarbid, die auch die härtesten Werkstoffe durchtrennen. Die CNC-Bearbeitung ermöglicht die Herstellung von Teilen mit komplexen Formen und engen Toleranzen.

Verständnis der Bearbeitungsanforderungen in CNC

Bei der Betrachtung der Anforderungen an die CNC-Bearbeitung ist es wichtig zu wissen, dass das Material je nach Art des Rohmaterials spezielle Verfahren wie Wärmebehandlung, Glühen oder Beschichtung erfordern kann. Diese sind notwendig, um die gewünschten Leistungsanforderungen zu erfüllen. Die Wärmebehandlung wird eingesetzt, um die Eigenschaften des Materials, wie Festigkeit oder Härte, durch Veränderung der Mikrostruktur zu verändern. Das Glühen dient dem Abbau von Spannungen im Material und der Verbesserung seiner Duktilität. Beschichtungen werden eingesetzt, um die Verschleißfestigkeit zu verbessern und die Reibung zu verringern.

Kriterien für die Werkstoffauswahl in CNC

  • Bei der Auswahl eines Werkstoffs für die CNC-Bearbeitung sind mehrere Faktoren zu berücksichtigen.
  • Der Werkstoff muss den mit dem Bearbeitungsprozess verbundenen Temperaturen und Drücken standhalten können. 
  • Der Werkstoff muss den von der CNC-Maschine erzeugten Schnittkräften standhalten.
  • Es muss die gewünschte Form und Größe beibehalten. 
  • Seine leichte Verfügbarkeit und Kosteneffizienz sind entscheidend. 
  • Es muss alle Leistungsanforderungen der Anwendung erfüllen.

Gängige Werkstoffe für die CNC-Bearbeitung

Für die CNC-Bearbeitung werden in der Regel verschiedene Werkstoffe verwendet: 

Stahl und seine Legierungen gehören zu den beliebtesten. Stahl und seine Legierungen gehören zu den beliebtesten Werkstoffen, denn Stahl ist stabil, korrosionsbeständig, langlebig und wirtschaftlich und damit ein idealer Werkstoff für viele Anwendungen. Ein weiteres wichtiges Argument für Stahl ist die einfache CNC-Bearbeitung und die hohe Empfindlichkeit gegenüber Wärmebehandlungen, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Es gibt jedoch noch eine weitere, äußerst wichtige Eigenschaft, die dieses Material zu einer beliebten Wahl macht, nämlich seine Magnetizität. Dieser Aspekt steht im Vordergrund, wenn ein Produkt mit diesen Eigenschaften benötigt wird. 

Aluminium und seine Derivate stehen an zweiter Stelle, wenn es um Werkstoffe für die spanende Bearbeitung geht. Sie sind leicht und korrosionsbeständig, weshalb sie auch in vielen industriellen Bereichen eingesetzt werden. Im Gegensatz zu Stahl ist es völlig unmagnetisch und eignet sich daher besonders gut für Produkte, die dies erfordern.

Auch Kunststoffe und ihre Verbundwerkstoffe werden in diesem Verfahren eingesetzt. Die aus ihnen hergestellten Produkte sind leicht, kostengünstig und einfach zu verarbeiten. 

Das letzte der beliebten Materialien für die CNC-Bearbeitung ist Titan und seine Legierungen. Es ist fest, leicht und korrosionsbeständig, so dass es ebenfalls viele nützliche Anwendungen findet. Allerdings ist es auch schwierig zu bearbeiten und erfordert spezielle Werkzeuge und Schneidetechniken.

Rostfreier Stahl (austenitisch) und CNC

  • Diese Stahlsorte umfasst die Serien 200 und 300. Ihre allgemeinen Eigenschaften sind
  • Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit.
  • Sehr gut verformbar.
  • Nicht-magnetisch.
  • Kalt gehärtet (nicht wärmebehandelbar).
  • Ausgezeichnete Schweißbarkeit.
  • Geeignet für den Einsatz bei extremen Temperaturen.
  • Anfällig für Korrosionsrisse.

Sie werden durch Zusatz von Elementen wie Nickel, Mangan und Stickstoff hergestellt. Der Chromgehalt liegt im Allgemeinen 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. Edelstahl wird in Produkten wie Wellen, Ventilen, Bolzen, Buchsen, Muttern, chemischen Ausrüstungen, Krankenhausausrüstungen, Schiffsanwendungen, Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt, Ausrüstungen für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie, architektonischen Dekorationen, kryogenen Behältern, provisorischen Prothesen und in vielen anderen Industrieprodukten verwendet.

Hervorragendes Verhältnis zwischen Festigkeit und Gewicht

Aluminium ist leichter als die meisten Metalle und daher eine gute Wahl, wenn Sie Gewicht sparen wollen. Obwohl reines Aluminium eine Zugfestigkeit von weniger als 100 MPa hat, kann es auf verschiedene Weise gehärtet werden:

  • Veränderung der Eigenschaften durch Vermischung mit anderen Elementen zur Verbesserung der Kornstruktur.
  • Wärmebehandlung – Erhitzen und anschließendes Abkühlen mit einer bestimmten Geschwindigkeit, um Kristalle mit idealer Größe zu erzeugen.
  • Quetschhärten – Die absichtliche Verformung eines Metalls zur Veränderung der Kornstruktur. Dies geschieht in der Regel während der Wärmebehandlung, beim Walzen, kann aber auch später erfolgen, z. B. durch Schmieden.

Breites Spektrum an Legierungen und Materialeigenschaften

Aluminium ist in der Tat ein ausgezeichnetes Ausgangsmaterial für die spanende Bearbeitung. Es gibt eine Vielzahl von Legierungen mit unterschiedlichen Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten, um Ihren Anforderungen gerecht zu werden. Sie werden in verschiedene Serien eingeteilt, die jeweils mit tausend multipliziert werden, wie z. B. die 6000er-Serie. Je näher die Nummer einer Aluminiumkategorie an einer anderen liegt, desto ähnlicher sind sie in der Regel, so dass 5082 und 5083 fast identisch sind.

Hier sind einige der gängigsten Kategorien:

  • 2024 – Luft- und Raumfahrtqualität, hohe Ermüdungsfestigkeit, konvertiert UTS (Ultimate tensile strength) in höhere Duktilität/Festigkeit aufgrund des Zusatzes einer Legierung mit Kupfer.
  • 5083 – Schiffskategorie, mit hoher Korrosionsbeständigkeit aufgrund des höheren Magnesiumgehalts.
  • 6082 – Kategorie für allgemeine Zwecke, mit einer guten Kombination aus Festigkeit, Duktilität und Korrosionsbeständigkeit, wodurch es vielseitig und weit verbreitet ist. Dies wird durch eine Legierung mit einer Mischung aus Magnesium und Silizium erreicht (entspricht auch fast 6061).
  • 7075 – Ein hochfester Werkstoff für die Luft- und Raumfahrt mit ausgewogenen Eigenschaften, insbesondere bei hoher elektrostatischer Aufladung. Kann wärmebehandelt werden und enthält mehr Zink sowie Magnesium und Chrom.

Hohe Korrosionsbeständigkeit

Obwohl die Korrosionsbeständigkeit von Kategorie zu Kategorie variiert, ist Aluminium eine ausgezeichnete Wahl, wenn das von Ihnen herzustellende Produkt diese am meisten erfordert. Viele Metalle und ihre Legierungen haben eine hohe Wechselwirkung mit Sauerstoff. Hochreaktive Metalle, die Magnesium enthalten, oxidieren leicht, während weniger reaktive Metalle eine lockere Oxidschicht bilden, die sich auf Eisen und Stahl als Rost zeigt. Wenn Aluminium dem Sauerstoff ausgesetzt ist, bildet es stattdessen eine passive Aluminiumoxidschicht, die die Oberfläche versiegelt und Oxidation und Korrosion verhindert. Diese Schicht ist selbstreparierend”, selbst wenn sie zerkratzt wird, so dass das Material nicht gestrichen oder oberflächenbehandelt werden muss, was während seiner Lebensdauer Produktions- und Wartungskosten spart.

Hohe Leitfähigkeit

Obwohl Kupfer oft das Material der Wahl ist, wenn es um Leitfähigkeit geht, wird Aluminium oft für elektrische Komponenten verwendet, weil es viel billiger und leichter ist. So wird es häufig für Stromschienen, Batteriekabel und Steckverbinder verwendet, vor allem in Automobilen und Elektrofahrzeugen. Aufgrund seiner guten Wärmeleitfähigkeit wird es auch häufig für die Wärmeableitung verwendet.

Wiederverwertung

Da Nachhaltigkeit zu den Prioritäten der Unternehmen gehört, ist es eine gute Nachricht, dass etwa 75 % des gesamten produzierten Aluminiums weiterverwendet werden. Das Recycling verbraucht viel weniger Energie als die Herstellung. Solange wir die Umweltverschmutzung unter Kontrolle halten können, kann Aluminium kontinuierlich diesem Wiederherstellungsprozess unterzogen werden.

Ästhetik

Durch die Behandlung dieses Materials kann eine hervorragende Oberfläche erzielt werden. Es ist von Natur aus korrosionsbeständig, aber um andere ästhetische Oberflächen zu erzielen, kann es eloxiert werden, um verschiedene Farben zu erzeugen. Dabei handelt es sich um eine Oberflächenbehandlung, die nicht nur die Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit des Materials erhöht, sondern auch das Einbringen von Farben erleichtert. Bei diesem Verfahren wird die Dicke der passiven Oxidschicht durch den Einsatz von Säuren und ein elektrolytisches Verfahren erhöht. Aluminiumoxid ist eine harte Keramik, so dass diese Beschichtung sehr widerstandsfähig ist.

Behandlung von Titanteilen

Als inerter, glänzender metallischer Werkstoff verbindet sich Titan leicht mit Aluminium, Eisen, Nickel und anderen Metallen zu zahlreichen Hochleistungs-Titanlegierungen. Die spezifischen Attribute können in vielerlei Hinsicht variieren, aber einige der typischen Eigenschaften von Titan werden im Folgenden häufig genannt:

  • Hohe Beständigkeit gegen Rost und Korrosion
  • Mangelnde Toxizität
  • Plastizität
  • Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht
  • Biokompatibilität
  • Hohe Energieabsorption
  • Geringe Adhäsion

Zusammenfassung

Die Wahl des richtigen Materials für die CNC-Bearbeitung kann eine schwierige Aufgabe sein. Es ist wichtig, die Anwendung und die Leistungsanforderungen zu berücksichtigen. Stahl, Aluminium, Kunststoffe und ihre Verbundwerkstoffe sowie Titan und seine Legierungen sind beliebte Werkstoffe für die CNC-Bearbeitung. Es ist wichtig, bei der Auswahl die Anforderungen zu berücksichtigen, die für ein solches Verfahren erforderlich sind. Wenn Sie die Anforderungen der CNC-Bearbeitung und die verschiedenen Kriterien, wie z. B. die Auswahl des richtigen Materials für die Anwendung, verstehen, können Sie sicherstellen, dass Sie die richtige Wahl für das Projekt treffen.