Metalle, Kunststoffe und Verbundwerkstoffe sind einige der technischen Werkstoffe, aus denen Sie bei der CNC-Bearbeitung von Metall für Ihre Teileproduktion wählen können. Metalle sind jedoch der am häufigsten verwendete CNC-Werkstoff in zahlreichen Branchen.
In diesem Artikel beleuchten wir das CNC-Metallverfahren, verschiedene Metallbearbeitungsvorgänge und typische Metalle, die sich für die CNC-Bearbeitung eignen. Lesen Sie bitte weiter.
Die Rolle der CNC-Bearbeitung bei der Herstellung von Metallteilen
In der Metallproduktion spielen die CNC-Metallbearbeitung und die spanabhebende Bearbeitung eine Vielzahl von Rollen. Genauer gesagt werden sie eingesetzt, um mehrere wichtige Aufgaben zu erfüllen, wie z. B.:
Metall-Prototyping
Bevor ein Teil produziert wird, passiert viel, von wichtigen Schritten wie der Erstellung eines CAD-Entwurfs bis hin zu Entwürfen, die virtuellen Tests und Analysen unterzogen werden.
Um die Funktionalität des Konzepts zu bewerten, benötigen die Hersteller jedoch eine Metall-Prototyp. Während beim Prototyping viele Verfahren zum Einsatz kommen, benötigen die Hersteller in der Regel eine CNC-Bearbeitung, um dies schnell zu tun.
Metall-Prototyping mit CNC-Bearbeitung garantiert Wiederholbarkeit und Konsistenz. Außerdem ist sie hochpräzise, zeitsparend und kosteneffizient. Ein weiterer Vorteil der CNC-Bearbeitung von Metall für Metallprototypen ist die Vielseitigkeit des Verfahrens, da es mit einer breiten Palette von Metallen und nichtmetallischen Werkstoffen arbeitet.
Kleinserienproduktion
Bei der CNC-Metallbearbeitung in Kleinserien handelt es sich um die Herstellung von Teilen oder Produkten in kleinen Chargen, die oft zwischen 10 und 1000 Stück liegen. Dies ist eine Methode, die Hersteller anwenden, um die Kosten der Metallproduktion zu senken. Die Herstellung kleiner Mengen senkt die Kosten für CNC-Bearbeitung und erleichtert Konstruktionsänderungen, ohne Verluste zu verursachen.
Wie funktioniert die CNC-Metallbearbeitung?
CAD-Konstruktion
Der erste Schritt ist die Erstellung eines computergestützten Entwurfs (CAD) im 2D- oder 3D-Format mit Hilfe einer CAD-Software. Mit dieser Software kann jedes Teil, das die erforderlichen technischen Spezifikationen erfüllt, gerendert werden.
Es ist unbedingt zu beachten, dass die Eigenschaften des Metallwerkstücks einen erheblichen Einfluss auf die Gestaltung und das Ergebnis haben.
Programmierung
Anschließend muss die CAD-Datei in ein Dateiformat konvertiert werden, das mit einer CNC-Bearbeitungsmaschine kompatibel ist. Die CAM-Software (Computer-Aided Manufacturing) prüft die CAD-Datei und erzeugt Programmiercodes. Die Codes lassen sich grob in zwei Kategorien einteilen: Maschinencode (M-Code) und Geometrischer Code (G-Code).
Einrichten der Maschine
Das Einrichten der CNC-Maschine erfordert zwei Schritte. Erstens muss durch eine gründliche Überprüfung sichergestellt werden, dass sich die Maschine in einem guten Betriebszustand befindet.
Der nächste Schritt besteht darin, das Metallwerkstück sicher an der Maschine zu befestigen. Während die erforderlichen Geräte und Teile angebracht werden, kann das Metallwerkstück direkt in die Maschine eingelegt werden.
Bearbeitung von Metallwerkstücken
Nachdem Sie die CNC-Maschine konfiguriert haben, können Sie das CNC-Programm starten. Das CNC-Programm ist das Herzstück der Funktionen der CNC-Metallbearbeitung. Es steuert die Bewegungen und Aktionen der Maschine, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen und sicherzustellen, dass die bearbeiteten Metallteile die Spezifikationen des Herstellers einhalten.
Gängige Metallarten für die CNC-Bearbeitung
Verschiedene Metalle und Legierungen werden in der CNC-BearbeitungsverfahrenAber wir wollen hier nur die häufigsten besprechen. Sie umfassen:
Stahl
Eines der beliebtesten Metalle für die präzise CNC-Bearbeitung von Metall ist Stahl. Er ist eine Legierung mit bis zu 2% Kohlenstoff, Eisen und verschiedenen zusätzlichen Elementen in unterschiedlichen Anteilen. In der CNC-Bearbeitung werden hauptsächlich vier Arten von Stahl verwendet: Kohlenstoffstahl, rostfreier Stahl, legierter Stahl und Werkzeugstahl. Es ist wichtig zu wissen, dass diese Stahlsorten Unterkategorien und Güten haben. Bei rostfreiem Stahl gibt es zum Beispiel die Sorten 304, 316, 410, 430 und 2205.
Wenn Ihr maschinell bearbeitetes Teil jedoch in einem feuchten Klima verwendet wird, ist Stahl aufgrund seiner hohen Korrosionsanfälligkeit möglicherweise nicht die beste Metallwahl.
Aluminium
Ähnlich wie Stahl wird auch Aluminium in vielen verschiedenen Bereichen eingesetzt. Aluminium zeichnet sich jedoch durch seine Korrosionsbeständigkeit und sein geringes Gewicht aus. Im Allgemeinen hat Aluminium eine 2,5-mal geringere Dichte als Stahl und ist bei der CNC-Bearbeitung weniger anfällig für Brüche.
Zu den gängigen Aluminiumlegierungen, die für die CNC-Bearbeitung von Metall verwendet werden, gehören 2024, 6061 und 7075. Es gibt auch ungewöhnliche Aluminiumlegierungen, die für die CNC-Bearbeitung verwendet werden, darunter 3003 und 5052.
Messing
Zink und Kupfer sind die beiden Metalle, aus denen sich Messing zusammensetzt. Messing ist bekannt für seine Stabilität, Festigkeit, mittlere Härte und vor allem für seine leichte Bearbeitbarkeit. Im Gegensatz zu den meisten weichen Metallen, die in der CNC-Bearbeitung verwendet werden, belasten Messinglegierungen die Maschinen nicht unnötig.
Im Gegensatz zu den meisten weichen Metallen, die bei der CNC-Bearbeitung von Metall verwendet werden, belasten Messinglegierungen die Maschinen nicht unnötig. Es gibt mehrere Arten von Messinglegierungen für die CNC-Bearbeitung, darunter C360, C230 und C220.
Messing ist anfällig für Spannungsrisskorrosion, was ein erhebliches Problem darstellen kann, insbesondere wenn Ammoniak oder Lösungen auf Ammoniakbasis vorhanden sind. Um diese Einschränkung zu überwinden, müssen Sie bei der Nachbearbeitung Wärmebehandlungen wie das Glühen des Werkstücks durchführen.
Kupfer
Kupfer ist ein Metall, das häufig für die Verwendung in verschiedenen Industriezweigen bearbeitet wird. Es hat eine hervorragende Oberflächenqualität, eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit und lässt sich hervorragend bearbeiten.
CNC-gefertigte Kupferkomponenten werden häufig für Leiterplatten und Elektromagnete in der Elektronik- und Halbleiterindustrie verwendet. Der größte Nachteil von Kupferlegierungen ist jedoch, dass sie leicht durch Sulfide, Halogene und ammoniakhaltige Lösungen korrodieren.
Titan
Titan ist aufgrund seines außergewöhnlichen Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht und seiner Korrosionsbeständigkeit ein sehr begehrtes Metall für viele Branchen. Abgesehen davon, dass es ein wenig teures Material ist, sind CNC-gefertigte Titanteile von hoher Qualität. Es eignet sich auch für fast alle Oberflächenbearbeitungsverfahren wie Elektrophorese, Pulverbeschichtung und Perlstrahlen.
Es gibt verschiedene Titangrade für die CNC-Bearbeitung von Metall, darunter die Grade 1, 2, 3, 4, 11 und 12. Diese Grade haben unterschiedliche Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Formbarkeit.
Verschiedene CNC-Verfahren zur Metallbearbeitung
Es gibt verschiedene CNC-Verfahren, die bei der Metallbearbeitung eingesetzt werden. Beispiele für die typischsten CNC-Bearbeitungsprozesse sind die folgenden:
CNC-Fräsen
Der Materialabtrag vom Werkstück erfolgt mittels rotierender Mehrpunkt CNC-Schneidwerkzeuge im Fräsprozess. Beim CNC-Fräsen wird das Werkstück in der Regel vom CNC-Bearbeitungsmetall in der gleichen Richtung wie die Rotation des Schneidwerkzeugs zum Schneidwerkzeug geführt.
Ein gefrästes Metallwerkstück ist eine spezifische Form, die mit rotierenden Mehrpunkt-Schneidwerkzeugen bearbeitet wird. Fasen-, Schaft- und Spiralfräser sind Fräswerkzeuge, die senkrecht oder waagerecht ausgerichtet sein können.
CNC-Drehen
CNC-Drehen ist ein äußerst präzises subtraktives Bearbeitungsverfahren, das nach den gleichen Prinzipien wie eine Drehmaschine arbeitet. Das Schneidwerkzeug wird gegen ein rotierendes Werkstück gedrückt, um Material abzutragen und die gewünschte Form zu erzeugen.
Während sich das Rohmaterial schnell dreht, bleibt das Drehzentrum oder die Drehmaschine in Position. Ein Einpunktschneidwerkzeug hilft bei der Formgebung des Materials, während sich das Werkstück entlang der doppelten CNC-Metallbearbeitungsachse dreht. Das eingegebene Computerprogramm steuert das Drehzentrum oder die Drehmaschine, was die Herstellung von hochpräzisen Komponenten garantiert.
CNC-Bohren
Beim Bohren werden zylindrische Löcher in Metallwerkstücken mit Hilfe von Mehrspitzenbohrern gebohrt. Außerdem werden beim Bohren vertikal ausgerichtete Löcher mit der Größe des für den Vorgang verwendeten Bohrers erzeugt, indem der sich drehende Bohrer senkrecht zur Oberfläche des Werkstücks durch die Maschine geführt wird.
Für Winkelbohrungen sind spezielle Maschineneinstellungen und Werkstückspannsysteme erforderlich.
Elektroerosive Bearbeitung
Lichtbogenentladungen, kurz EDM, werden bei der Funkenerosion (EDM) verwendet, um Mikrokrater zu erzeugen, die schnell volle Schnitte erzeugen. Die Funkenerosion, manchmal auch als Funkenbearbeitung bezeichnet, wird dort eingesetzt, wo präzise Toleranzen und komplizierte geometrische Muster in harten Materialien erforderlich sind. Die Anwendung ist jedoch auf Metalllegierungen beschränkt, da das Grundmaterial elektrisch leitfähig sein muss.
Vorteile von CNC-gefrästen Metallteilen
CNC-gefertigte Teile bieten bestimmte Vorteile, die mit spritzgegossenen oder anderen Teilen nicht erreicht werden können. 3D-gedruckt Teile. Dies sind einige der wichtigsten Vorteile von bearbeiteten Metallteilen.
Ausgezeichnete Prototypen
Da CNC-bearbeitete Metallteile als Einzelstücke hergestellt werden können, sind sie für Metallprototypen nützlich und preisgünstig. Außerdem ist die maschinelle Bearbeitung schneller als das Gießen, so dass Forschungs- und Entwicklungsteams schnell mehrere Iterationen eines Artikels durchlaufen und ihn dann bei Bedarf testen und bewerten können, bevor er in die Produktion geht.
Konsistenz der Teilequalität
Bei der Herstellung von CNC-bearbeiteten Metallteilen können hohe Standards erreicht werden. Vielleicht noch entscheidender ist, dass die Kunden Toleranzen festlegen können, an die sich der Maschinenbediener halten muss. Dies bedeutet, dass der Maschinenbediener oder Maschinist sich bei der Bearbeitung von Komponenten und Details mit präzisen Toleranzen Zeit lassen kann.
Spritzgießwerkzeuge können zwar Teile mit extrem engen Toleranzen herstellen, doch wird dieser Standard nicht bei jedem Werkzeug eingehalten. Die enge Toleranz, die bei früher hergestellten Teilen erreicht wird, ist gegen Ende der Lebensdauer des Werkzeugs in der Regel nicht mehr gegeben.
Teil Stärke
Die CNC-Bearbeitung von Metall ist stabiler als andere Fertigungsverfahren, wie z. B. der 3D-Druck, der aufgrund des Aufeinanderschichtens von Materialien entlang einer Achse schwächer sein kann. Das liegt daran, dass es sich bei der CNC-Bearbeitung um ein subtraktives Verfahren handelt, bei dem das gewünschte Teil durch Abschneiden von Materialien aus einem massiven Block hergestellt wird, wodurch Teile mit gleichmäßiger Festigkeit entstehen.
Außerdem sind CNC-gefertigte Metallteile in der Regel stabiler als ihre geformten Gegenstücke. Dies liegt daran, dass die meisten Formteile aufgrund der Anforderungen an dünne Wände in ihrer mechanischen Leistung eingeschränkt sind.
Schnellere Vorlaufzeiten
Die CNC-Bearbeitung ist eines der schnellsten Metallfertigungsverfahren, die es heute gibt, was zu einer kürzeren Vorlaufzeit führt. Der Fertigungsprozess ist auch sehr effizient, was zum Teil dazu beiträgt.
Da die Bearbeitung ein einstufiger Prozess ist und CNC-Metallbearbeitungszentren schnell arbeiten, können bearbeitete Metallteile leicht (in kleinen Mengen) hergestellt werden, was die Vorlaufzeiten verkürzt und eine schnellere Vermarktung ermöglicht.
Bessere Oberflächenqualität
Bei maschinell bearbeiteten Metallteilen gibt es keine Probleme mit der Oberflächenqualität, die beim Gießen auftreten, wie z. B. Sprünge an der Trennfuge, Spritzwasser und Fließlinien. Maschinell bearbeitete Teile können mit nur geringem Nachbearbeitungsaufwand extrem hohe Oberflächenqualitätsstandards erreichen.
Darüber hinaus ergibt die maschinelle Bearbeitung auch ohne Nachbearbeitung eine wesentlich bessere Oberflächenpolitur als der 3D-Druck. Das Schleifen oder die chemische Behandlung ist notwendig, um offensichtliche Schichtlinien zu glätten, die der 3D-Druck, insbesondere der FDM-Druck, auf der Oberfläche des Teils hinterlassen kann. Diese Schichtlinien sind bei maschinell bearbeiteten Teilen nicht vorhanden.
Keine Mindestbestellmenge (MOQ)
Einer der Hauptvorteile ist, dass bei der CNC-Metallbearbeitung Teile ohne Mindestbestellmenge hergestellt werden können. Für Gussteile ist die Herstellung von Metallwerkzeugen erforderlich, ein arbeitsintensiver Vorgang, der in der Regel Zehntausende von Dollar kostet. Da maschinell bearbeitete Teile direkt aus einem Rohling geschnitten werden, ist die Bestellung extrem kleiner Mengen oder sogar von Einzelstücken erschwinglich.
Oberflächenbehandlungsoptionen für CNC-Metall
Nach der Bearbeitung können Metallteile behandelt werden, um die Beschaffenheit und das Aussehen ihrer Oberfläche zu verändern. Die Oberflächenbehandlung kann einen praktischen oder ästhetischen Zweck haben. Zu den Optionen für die Oberflächenbehandlung bei der CNC-Bearbeitung von Metall gehören:
- Eloxiert
- Pulverbeschichtet
- Perlgestrahlt
- Alodine-Beschichtung
- Schwarzoxid-Beschichtung
- Galvanik
- Passivierung
- Bürsten
- Polieren
Art der CNC-Maschinen für die Metallbearbeitung
In modernen Metallverarbeitungsbetrieben gibt es verschiedene Arten der CNC-Bearbeitung von Metall. Darunter sind einige von ihnen:
CNC-Drehmaschinen
Diese Maschine stellt Metallteile her, indem das Metallwerkstück auf einer Spindel gedreht wird. Ein Schneidwerkzeug wird verwendet, um das Teil während des Drehens des Materials in die entsprechende Form zu bringen. Sie stellen perfekt symmetrische Produkte mit konischen, kugelförmigen oder zylindrischen Geometrien her.
CNC-Schleifmaschinen
Bei Schleifmaschinen wird das Material mit einer rotierenden Scheibe in die gewünschte Form geschliffen oder gerieben. Das Werkzeug dreht sich an Ort und Stelle, während sich das Werkstück, das in der Regel auf dem Maschinentisch befestigt ist, entlang der Achsen X, Y und Z bewegt.
CNC-Fräsmaschinen
Diese CNC-Bearbeitung von Metall ermöglicht eine wesentlich präzisere Metallbearbeitung als bei der manuellen Bearbeitung. Schnitttiefe, Winkel und Richtungsänderungen können in der CNC-Fräsmaschine programmiert werden. Es gibt verschiedene Arten von CNC-Fräsmaschinen, darunter vertikale, horizontale und mehrachsige Fräsmaschinen.
CNC-Bohrmaschinen
CNC-Technologie kann hochentwickelte Bohrmaschinen steuern, die eine genaue Platzierung von Löchern in verschiedenen Metallwerkstoffen gewährleisten. Pecking, auch bekannt als unterbrochenes Bohren, ist ein systematisches Verfahren zum Bohren von Löchern in dicke Metalle.
Darüber hinaus sind in CNC-Revolverbohrmaschinen zahlreiche Bohrer und Schneidinstrumente auf einem Revolver installiert. Die Automatisierung ermöglicht es, die zum Bohren erforderlichen Instrumente schnell und präzise zu positionieren.
Verschiedene Anwendungen von CNC-Metallteilen
Die Präzision, Anpassungsfähigkeit und Langlebigkeit von CNC-Metallteilen machen sie in verschiedenen Branchen nützlich. Sehen wir uns einige der wichtigsten Branchen an, in denen die CNC-Bearbeitung von Metall unverzichtbar ist:
Luft- und Raumfahrtindustrie
Die Metallbearbeitung in der Luft- und Raumfahrt ist für die Industrie unverzichtbar. Sie gewährleistet, dass die Metallteile von Flugzeugen präzise gefertigt werden, was für die Sicherheit unerlässlich ist. Triebwerkshalterungen, Fahrwerkskomponenten, Treibstoffzugangsklappen und Komponenten für den Treibstofffluss sind Beispiele für maschinell bearbeitbare Teile für die Luft- und Raumfahrt.
Autoindustrie
Im Automobilsektor werden CNC-Fräsmaschinen häufig sowohl für die Produktion als auch für Prototypen eingesetzt. Das Fräsen von stranggepresstem Metall zu Teilen wie Achsen, Getrieben, Ventilen und Zylinderblöcken ist möglich.
Verteidigungsindustrie
Die CNC-Bearbeitung garantiert die Präzision und Zuverlässigkeit von Verteidigungsanlagen. Die CNC-Bearbeitung von Metall ist nützlich für Metallteile wie Radar, Waffen und Kommunikationsausrüstung.
Gesundheitsindustrie
CNC-Bearbeitung ist notwendig für Diagnosewerkzeuge, chirurgische Instrumente und medizinische Implantate. Für die Sicherheit der Patienten müssen CNC-Metallteile eine hohe Präzision und Biokompatibilität aufweisen.
Öl- und Gasindustrie
Die Forschung, die Weiterentwicklung und der Bau von Pipelines beinhalten alle die CNC-Bearbeitung von Metall. Das Unternehmen stellt Teile für Bohrgeräte, Pumpen und Ventile her.
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Schlussfolgerung
Einer der wichtigsten Aspekte des industriellen Sektors ist die CNC-Bearbeitung von Metall, die präzise Ergebnisse für eine Vielzahl von Komponenten liefert. Die Fähigkeiten und die Flexibilität der CNC-Bearbeitung gewährleisten gleichbleibende Ergebnisse, unabhängig vom Produktionsumfang und der Art des verwendeten Metalls.
FAQ
Wie groß sind die Toleranzen bei der CNC-Metallbearbeitung?
Der Konstrukteur legt die Toleranz - den zulässigen Bereich für ein Maß - auf der Grundlage der Form, Passform und Funktionalität eines Produkts fest. Die übliche Toleranz für CNC-gefertigte Metallteile beträgt ± 0,10 mm bis ± 0,05 mm, sofern der Konstrukteur nichts anderes angibt.
Welches ist das am leichtesten zu fräsende Metall?
Messing, das für seine geringe Festigkeit und Stabilität bekannt ist, ist eines der günstigsten und am einfachsten zu verarbeitenden Metalle.
Welche Faktoren beeinflussen die Metallauswahl für die CNC-Bearbeitung?
Bei der Auswahl eines Metalls für die CNC-Bearbeitung sind Festigkeit, Duktilität, Zähigkeit, Ermüdungsfestigkeit, Härte und Leitfähigkeit wichtige Eigenschaften. Außerdem können die spezifischen Eigenschaften der einzelnen Metalle dazu führen, dass die Preise und Verfahren für die Bearbeitung erheblich variieren.