CNC-Bearbeitung von Kupfer: Verfahren und Legierungsarten

Wenn es um hochpräzise Fertigung geht, ist die CNC-Bearbeitung eines der bevorzugten Verfahren, vor allem mit verschiedenen Maschinen. Sie sind hocheffizient und vielseitig einsetzbar für eine Vielzahl von Materialien, darunter Metall, Kunststoffe, Polymere und Verbundwerkstoffe.

Die CNC-Bearbeitung von Kupfer ist ein typisches Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus diesem Metall. Neben Stahl- und Aluminiumlegierungen ist Kupfer aufgrund seiner hohen Leitfähigkeit ein häufig verwendetes Metall für die Herstellung von Teilen, insbesondere in der Elektroindustrie.

Eigenschaften von Kupfermaterial

Aufgrund seiner guten mechanischen und chemischen Eigenschaften eignet sich Kupfer für die CNC-Bearbeitung von Kupfer und andere Fertigungstechniken. Konzentrieren wir uns also auf die Eigenschaften dieses Metalls, die es zu einer guten Wahl für die Bearbeitung machen.

Hohe Leitfähigkeit

Kupfer ist weithin für seine hervorragende elektrische Leitfähigkeit bekannt. Diese Eigenschaft kommt der Verwendung von Kupfermaterial bei der Herstellung von elektrischen Bauteilen wie Steckverbindern sehr zugute. Bei der CNC-Bearbeitung von Kupfer hat diese Eigenschaft jedoch auch ihre Tücken. Die hohe Leitfähigkeit kann den Verschleiß der Schneidwerkzeuge erhöhen. Daher müssen Zerspanungsmechaniker bei der Bearbeitung eine hohe Wärmeleitfähigkeit berücksichtigen.

Hohe Wärmeleitfähigkeit

Neben seiner elektrischen Leitfähigkeit hat Kupfer auch eine hohe Wärmeleitfähigkeit, was bei der Herstellung komplizierter Bauteile von Vorteil ist. Daher eignen sich Kupferwerkstoffe für die Herstellung von Teilen, die enge Toleranzvorgaben erfordern. Auch bei der maschinellen Bearbeitung kann diese Eigenschaft von Vorteil sein, da sie die Gefahr einer übermäßigen Wärmeentwicklung, eines Verziehens oder einer Wärmeverformung verringert.

Korrosionsbeständigkeit

Im Vergleich zu Eisen und anderen Eisenmetallen ist CNC-bearbeitetes Kupfer bemerkenswert resistent gegen Rost und Korrosion. Diese hervorragende chemische Eigenschaft macht es ideal für Anwendungen mit leichtem Zugang zu Feuchtigkeit und Chemikalien. Es kann jedoch sein, dass die Hersteller nach der allgemeinen Bearbeitung Nachbearbeitungsschritte durchführen müssen. CNC-Bearbeitung um die vollständige Entfernung von Verunreinigungen zu gewährleisten, die die Korrosionsbeständigkeit von Kupfer verringern können.

Duktilität und Verformbarkeit

Kupferwerkstoffe sind dehnbar und hochgradig verformbar und eignen sich daher hervorragend für die CNC-Bearbeitung von Kupfer und anderen Metallerzeugnissen. Dank dieser Eigenschaft können sie die erforderlichen komplizierten Details beibehalten und eine hochpräzise Bearbeitung gewährleisten. Die hohe Flexibilität kann auch dazu führen, dass es zu Gratbildung kommt. Daher benötigen Sie bei der Herstellung von Teilen aus Kupfermaterial möglicherweise einen erfahrenen Zerspanungsfachmann.

Kupfersorten für die CNC-Bearbeitung

Es gibt verschiedene Kupfersorten für die CNC-Bearbeitung zu Bearbeitungs- und Fertigungszwecken. Jede Sorte, in der Regel eine Legierung, hat bestimmte Eigenschaften, die sie von anderen unterscheiden. Nachfolgend sind die Standardlegierungen von Kupfer für die CNC-Bearbeitung aufgeführt.

Kupfer C101

Kupfer C101 wird auch als sauerstofffreies Elektronikkupfer (OFE) bezeichnet. Es handelt sich um eine hochleitfähige Kupferlegierung, die mindestens 99,9 Prozent reines Kupfermetall enthält, mit anderen Elementen, insbesondere Sauerstoff, in Spuren.

Diese Kupfervariante ist relativ weich und daher leichter zu bearbeiten. Es erzeugt glatte Schnitte mit weniger Verschleißerscheinungen an den Schneidwerkzeugen. Aufgrund seiner hohen Leitfähigkeit ist es für die Herstellung von elektrischen Geräten und hochpräzisen Teilen von großem Vorteil. Allerdings ist Kupfer C101 weniger korrosionsbeständig und anfällig für Gratbildung.

Dennoch ist es eine der am häufigsten verwendeten Kupfersorten. Wegen seines hohen Kupfergehalts ist es sogar häufig das Ausgangsmaterial für die Herstellung anderer Kupferlegierungen wie Bronze und Messing. Einige der Anwendungen dieser Kupfersorten umfassen die Herstellung von elektrischen Leitungen, Stromschienen, Steckern, Glas-Metall-Dichtungen usw.

Kupfer C110

Die Kupfervariante C110 ist eine weitere Sorte dieses Metallmaterials. Sie ist auch bekannt als die Elektrolytische Zähigkeit (ETP) Kupfer. Wie die C101-Variante enthält es ebenfalls einen hohen Anteil an reinem Kupfermetall - mindestens 99,90 Prozent -, wobei andere Elemente, vor allem Sauerstoff, die Legierung bilden. Allerdings muss erwähnt werden, dass es mehr Verunreinigungen enthält als C101, was ihm deutlichere Eigenschaften verleiht.

Kupfer C110 beispielsweise ist etwas härter, aber im Allgemeinen immer noch ein weiches Metall als andere härtere Legierungen wie Stahl und Edelstahl. Allerdings lässt sich diese Kupferlegierung auch gut bearbeiten, so dass sie für verschiedene Fertigungszwecke weit verbreitet ist.

Die beiden Kupfersorten sind für Fertigungszwecke am gebräuchlichsten. Im Folgenden wird jedoch ein kurzer Überblick über zwei weitere Kupfervarianten gegeben.

Kupfer C145

Diese Kupferlegierung für die CNC-Bearbeitung wird als Tellurkupfer bezeichnet, weil sie die halbmetallische Substanz Tellur enthält (0,4 bis 0,7 Prozent). Wie frühere Kupferlegierungen besteht sie jedoch zu mindestens 99,0 Prozent aus reinem Kupfer, einschließlich Phosphor und anderer Elemente in Spuren. Durch den Zusatz von Tellur wird die Bearbeitbarkeit von Kupfer erhöht. Diese Kupfersorte ist hilfreich bei der Herstellung von Schrauben und empfindlichen Teilen.

Kupfer C147

Diese Kupferlegierung wird auch als schwefelhaltiges Kupfer bezeichnet, da sie bis zu 0,5 Prozent Schwefel enthalten kann. In geringen Mengen enthält diese Legierung auch andere Elemente wie Phosphor, Zink, Mangan, Eisen und Blei. Die Beimischung dieser Elemente trägt zur Verbesserung der allgemeinen Eigenschaften dieser Legierung bei. Wie andere Kupfersorten hat es gute Bearbeitungseigenschaften und eine hohe Leitfähigkeit.

Diese Legierung weist auch eine gute Korrosionsbeständigkeit auf, was sie ideal zum Löten macht. Sie erzeugt jedoch Schweißnähte von minderer Qualität, eignet sich aber besser für bestimmte Schweißverfahren wie Punktschweißen, Metall-Lichtbogenschweißen und Stumpfschweißen.

Daher müssen Sie bei der Auswahl einer bestimmten Kupfersorte für die Fertigung die Eigenschaften jeder Kupferlegierung für die CNC-Bearbeitung in Bezug auf Ihre gewünschte Spezifikation berücksichtigen, um sicherzustellen, dass Sie diejenige wählen, die für Ihre Anwendung am besten geeignet ist.

Vorteile der CNC-Bearbeitung von Kupfer

Zu den Vorteilen der CNC-Bearbeitung von Kupferteilen gehören die allgemeinen Vorteile der spanabhebenden Bearbeitung - hohe Präzision, Reproduzierbarkeit, Vielseitigkeit, Leichtigkeit bei der Herstellung von Teilen mit komplexen Geometrien und engen Toleranzen und vieles mehr.

Neben diesen Vorteilen sind CNC-bearbeitete Kupferteile für ihre hervorragende Schlagzähigkeit und Abriebfestigkeit bekannt. Außerdem behalten sie die elektrische und thermische Leitfähigkeit des eigentlichen Kupfermaterials bei, was die Korrosions-, Verschleiß- und Reißfestigkeit verringert.

Bezüglich der Oberflächenbehandlung, CNC-Vorrichtungen ist ein automatisiertes und genaues Verfahren, das geringe Verformungen oder Defekte gewährleistet. Daher ist in der Regel weniger Oberflächenbearbeitung erforderlich, da das Kupferwerkstück eine hochwertige Oberfläche aufweist.

Beschränkungen bei der Bearbeitung von Kupfer

CNC-Teile aus Kupfer bieten zwar zahlreiche Vorteile, haben aber auch einige Nachteile. Ein typisches Beispiel ist die Untauglichkeit bestimmter maschinell bearbeiteter Kupferteile für bestimmte Schweißverfahren wie Punkt- und Lichtbogenschweißen. Dies erhöht ihre Neigung zu Korrosion und Rost.

CNC-Bearbeitungsprozesse für Kupfermetall

Es gibt verschiedene CNC-Bearbeitungsverfahren. Nachfolgend werden die Bearbeitungsvorgänge für Kupfermaterial beschrieben.

CNC-Fräsen Kupfer

Beim CNC-Fräsen werden mit rotierenden Fräsern Teile von einem Werkstück entfernt, bis die gewünschte Form erreicht ist. Wie CNC-Bearbeitung MessingSie ist in der Regel automatisiert und eignet sich für die Herstellung von Löchern, Schlitzen, Kerben, Nuten, Konturen und ebenen Flächen mit hoher Präzision.

CNC-Fräsen von Kupfer ist ein Standardverfahren, da Kupfer relativ leicht zu bearbeiten ist. Die Fräser für diesen Vorgang sind in der Regel 2-Schneiden-Hartmetallfräser.

CNC-Drehen Kupfer

Eine weitere typische CNC-Bearbeitung ist das Drehen. Das Werkstück ist in der Regel stationär, dann fahren die rotierenden Fräser um das Werkstück herum und zerspanen Überstände, bis das gewünschte Design erreicht ist.

Drehen ist eines der kosteneffektivsten CNC-Bearbeitungsverfahren für Kupfer und unterstützt die Herstellung von Metallteilen. Diese CNC-Bearbeitung eignet sich ausdrücklich für die Herstellung von Komponenten mit axialer Symmetrie, wie Kegel, Zylinder, Scheiben oder eine Kombination dieser Formen. Typische Anwendungen für das CNC-Drehen von Kupfer sind die Herstellung von Drahtanschlüssen, Ventilen, Heizkörpern und Stromschienen.

Fräs-Dreh-Kupfer

Wie der Name schon sagt, handelt es sich bei einer Fräs-Dreh-Maschine um ein hybrides Gerät für die CNC-Bearbeitung von Kupfer, das sowohl Fräs- als auch Dreharbeiten durchführen kann. Die Maschine ist vor allem bei der Bearbeitung von Kupferteilen mit komplizierten Geometrien nützlich. Ein Beispiel ist die Bearbeitung einer Struktur, die aus einer Kombination von zylindrischen und ebenen Flächen und Löchern besteht, neben anderen heiklen Details.

Im Wesentlichen bieten Fräs-Dreh-Maschinen eine doppelte Einrichtung, was die übermäßige Einrichtung der Maschine reduziert und Zeit und Platz spart. Da es sich um eine einzige Maschine handelt, werden außerdem Genauigkeit und Präzision verbessert.

Nachbearbeitungsoptionen für die CNC-Bearbeitung von Kupfer

Nach der maschinellen Bearbeitung müssen Hersteller und Bearbeiter möglicherweise einige Nachbearbeitungen und Oberflächenbehandlungen vornehmen, um die Eigenschaften des bearbeiteten Teils zu verbessern. Dadurch werden in der Regel das Aussehen und die allgemeinen Merkmale des Produkts verbessert.

Nachfolgend finden Sie effektive Nachbearbeitungs- und Oberflächenveredelungstechniken für die Bearbeitung von Kupferteilen.

Galvanik

Galvanisieren ist ein elektrochemisches Verfahren, bei dem die Oberfläche eines metallischen Werkstoffs beschichtet wird. Der Effekt dieser Beschichtung ist ein verbessertes Aussehen und eine höhere mechanische und chemische Beständigkeit, einschließlich Korrosionsbeständigkeit. Die so beschichteten Kupferteile sind in der Regel haltbarer und haben nur geringe oder gar keine Auswirkungen auf ihre elektrische und thermische Leitfähigkeit.

Perlstrahlen

Diese Oberflächenbearbeitung wird häufig zum Abdecken von Fehlern und zur Bearbeitung von Verformungen an CNC-gefertigten Kupferteilen verwendet. Dabei werden winzige Stücke eines Strahlmittels gegen ein Material geschleudert (gestrahlt). Damit werden nicht nur Fertigungsfehler verdeckt, sondern auch das Aussehen und die Langlebigkeit des Produkts verbessert.

Bürsten

Bürsten ist ein mechanischer Vorgang, bei dem eine Schleifbürste verwendet wird, um die Oberflächeneigenschaften eines Werkstoffs zu verbessern. Ob manuell oder automatisiert, die Endbearbeitung bewirkt eine Entgratung und Glättung des bearbeiteten Kupferbauteils.

Polieren

Polieren ist eine wichtige Oberflächenbearbeitung, die dazu beiträgt, die Ästhetik des hergestellten Teils zu verbessern. Hartpolieren ist zwar mühsam, aber effektiv; besser ist jedoch das Elektropolieren. Letzteres kann die Oberfläche des Materials von mikroskopisch kleinen Verunreinigungen befreien, die bis zu 2,5 mm groß sind. Daher ist das bearbeitete Kupferteil glatt, glitzernd und glänzend.

Faktoren, die bei der Kupferbearbeitung zu berücksichtigen sind

Bei der Fertigung, auch bei einem automatisierten Verfahren wie der CNC-Bearbeitung von Kupfer, gibt es Kriterien, die der Zerspaner strikt einhalten muss.

Die Auswahl der richtigen Kupfersorte

Vor der Bearbeitung müssen Sie die richtige Kupfersorte auswählen, die für Ihre Fertigung am besten geeignet ist. Der Auswahlprozess basiert oft auf der beabsichtigten Anwendung der Fertigung; er kann auch das gewählte Bearbeitungsverfahren einschließen.

So ist beispielsweise Kupfer C101, obwohl es eine reinere Kupfersorte ist, weniger gut zerspanbar als C110. Es eignet sich jedoch besser für die Herstellung kleiner und komplexer Bauteile. Insgesamt eignet sich C110 jedoch besser für die spanende Bearbeitung, insbesondere für Dreharbeiten, da es eine höhere Duktilität aufweist.

Konstruktionseinschränkungen und Spezifikationen

Auch die konstruktiven Einschränkungen und Spezifikationen sind vor der Bearbeitung von Kupfer zu beachten. So können Sie fabrizieren Teile, mit denen die gewünschte Funktionalität erreicht werden kann.

Ein allgemeiner Leitfaden für die CNC-Bearbeitung von Kupferteilen ist beispielsweise die Einhaltung einer Wandstärke von mindestens 0,5 mm. Darüber hinaus müssen die Bearbeiter unter Umständen die Werkzeugabmessungen und andere komplizierte Details vor der Bearbeitung doppelt überprüfen. Oft ist es am besten, die Anzahl der eingerichteten Teile zu reduzieren und einen kleinen Radius zu verwenden, um zu verhindern, dass bei der Fertigung tiefe Taschen entstehen.

Auswahl der Bearbeitungswerkzeuge

Kupfer ist relativ starr und je nach Sorte unterschiedlich gut bearbeitbar. Daher müssen die Hersteller die richtigen Schneidwerkzeuge für die praktische Bearbeitung auswählen. Das ideale Schneidwerkzeug für die allgemeine CNC-Bearbeitung von Kupfer ist Schnellarbeitsstahl (HSS). Aufgrund der hohen Geschwindigkeit dieser Werkzeuge sind sie verschleißfester und verursachen weniger Komplikationen bei der Bearbeitung, wie z. B. Spanbildung.

Ein weiteres hervorragendes Schneidwerkzeug für verschiedene Kupfersorten sind Hartmetalle, die hinsichtlich der Schnittgeschwindigkeit Ähnlichkeiten mit HSS aufweisen. Daher werden auch hier Bearbeitungsfehler vermieden und eine reibungslose Bearbeitung gewährleistet.

Vorschubgeschwindigkeit der Schneidwerkzeuge

Die Vorschubgeschwindigkeit bezieht sich auf die Geschwindigkeit, mit der die Fräser auf das Kupfermaterial einwirken. Hohe Vorschubgeschwindigkeiten können zu einem Temperaturanstieg führen, was das Risiko möglicher Wärmeverformungen am Werkstück erhöht und möglicherweise die Tendenz zum Werkzeugverschleiß steigert. Auch die Spindeldrehzahl darf nicht zu hoch sein. Halten Sie bei der CNC-Bearbeitung von Kupfer eine gleichmäßige Bearbeitungsgeschwindigkeit ein, um eine optimale Bearbeitung zu gewährleisten.

Eine weitere Maßnahme, die Sie bei Kupfer beachten müssen CNC-Aluminiumbearbeitung ist die Verwendung eines idealen Schmiermittels als Kühlmittel. Dies trägt dazu bei, den Hitzestau zu begrenzen und Verformungen bei der Bearbeitung zu vermeiden. Außerdem sollten Sie vermeiden, dass die Späne die Mündung des Fräsers - die Spiralnuten - verstopfen, um ein effektives Schneiden zu ermöglichen.

Anwendungen von CNC-bearbeiteten Kupferteilen

Wir haben einige der Anwendungen der CNC-Bearbeitung von Kupferteilen kurz angerissen. Nachfolgend finden Sie Branchen, in denen diese Komponenten zum Einsatz kommen, mit konkreten Beispielen.

• Elektronisch: Steckverbinder, Leiterplatten, Klemmen, etc;
• Automobilindustrie: Wärmetauscher, Dichtungen, Lager und Zahnräder, Kühlergehäuse;
• Telekommunikation: Verdrahtung und Anschlüsse;
• Klempnerarbeiten: Armaturen und Ventile.

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Schlussfolgerung

Kupfer ist ein wertvoller Werkstoff (Metall) für die verschiedenen Fertigungsindustrien. Es hat erstklassige mechanische und chemische Eigenschaften, die es für die CNC-Bearbeitung von Kupfer gut geeignet machen. Das Verfahren hat nicht nur die allgemeine Fertigung verbessert, sondern auch die Art und Weise, wie die Hersteller Kupfer verwenden.

FAQs

Welche Vorteile hat die CNC-Bearbeitung von Kupfer gegenüber anderen Fertigungsverfahren?

Die CNC-Bearbeitung von Kupfer ist hochpräzise und reduziert den Bedarf an Oberflächenveredelung und Nachbearbeitungsvorgängen. Außerdem ist sie äußerst vielseitig und effizient, was sie zu einem wertvollen Fertigungsverfahren für Kupfer macht.

Welches Legierungselement erhöht die Bearbeitbarkeit von Kupfer?

Kupferlegierungen werden durch Hinzufügen von Elementen, hauptsächlich Metallen und Halbmetallen, wie Zink, Zinn, Tellur, Nickel, Aluminium, Silizium, Phosphor usw. hergestellt. Alle diese Legierungselemente verbessern die Bearbeitungseigenschaften von Kupfer in unterschiedlichem Maße.

Ist Kupfer leicht zu bearbeiten?

Reines Kupfermetall ist schwer zu bearbeiten. Daher ist es notwendig, Kupfer zu legieren, um seine Bearbeitbarkeit zu verbessern.