Die Wahl des richtigen Werkstoffs ist ein wichtiger Bestandteil der Präzisionsbearbeitung. Werkstoffeigenschaften wie Bearbeitbarkeit, Härte, Wärmeausdehnung, Verformung und Werkzeugverschleiß kann sich unmittelbar auf die Maßgenauigkeit, die Oberflächengüte, die Standzeit der Werkzeuge und die Konsistenz der Produktion auswirken.
In diesem Leitfaden wird erläutert, wie sich gängige Metalle, Legierungen und technische Kunststoffe bei der Präzisionsbearbeitung verhalten und was bei der Auswahl eines Werkstoffs für ein Präzisionsbauteil zu beachten ist. Wenn Sie eine konkrete Herausforderung in Bezug auf Werkstoff, Zeichnung oder Bearbeitung haben, Kontaktieren Sie Dakings für technische Beratung zur Materialauswahl, zur Bearbeitungsstrategie und zu den Produktionsanforderungen.
Wie sich die Materialauswahl auf die Präzisionsbearbeitung auswirkt
Bei der Werkstoffauswahl geht es nicht nur um Festigkeit, Gewicht oder Korrosionsbeständigkeit. In der Präzisionsbearbeitung kann das Verhalten des Werkstoffs während der Zerspanung darüber entscheiden, wie gleichmäßig die geforderten Maße und die Oberflächenqualität erreicht werden.
Bearbeitbarkeit
Werkstoffe mit guter Zerspanbarkeit erfordern in der Regel geringere Schnittkräfte und führen zu besser vorhersehbaren Ergebnissen. Aluminium und Messing lassen sich beispielsweise relativ leicht bearbeiten, während Titan und Nickelbasislegierungen eine sorgfältigere Steuerung der Schnittbedingungen erfordern.
Die Bearbeitbarkeit beeinflusst Zykluszeit, Werkzeugauswahl, Schnittparameter, Oberflächengüte und Maßhaltigkeit.
Härte
Härtere Werkstoffe erfordern in der Regel robustere Werkzeuge und genau geregelte Schnittparameter. Übermäßige Schnittkräfte können den Werkzeugverschleiß, die Wärmeentwicklung und das Risiko von Maßabweichungen erhöhen.
Bei Präzisionsteilen muss daher die Härte zusammen mit der geforderten Toleranz, der Geometrie und dem Produktionsvolumen berücksichtigt werden.
Thermische Ausdehnung
Die bei der Bearbeitung entstehende Wärme kann dazu führen, dass sich ein Werkstoff vorübergehend ausdehnt. Sobald das Bauteil wieder eine stabile Temperatur erreicht hat, können sich seine Abmessungen verändern.
Dies ist besonders wichtig bei der Bearbeitung von Werkstoffen mit höherer Wärmeausdehnung oder bei der Einhaltung enger Toleranzen. Temperaturregelung, stabile Bearbeitungsbedingungen und geeignete Prüfverfahren dazu beitragen, diese Auswirkungen zu verringern.
Verformung
Dünne Wände, kleine Details und lange, nicht abgestützte Abschnitte können sich unter der Einwirkung von Bearbeitungskräften verformen. Das Risiko hängt sowohl vom Werkstoff als auch von der Geometrie des Bauteils ab.
Bei der Fertigung dünner oder empfindlicher Präzisionsbauteile müssen Bearbeitungsstrategie, Werkstückspannung, Werkzeugauswahl und Werkstoffeigenschaften gemeinsam berücksichtigt werden.
Werkzeugverschleiß
Abrasive, harte oder sich durch Kaltverformung verfestigende Werkstoffe können den Werkzeugverschleiß beschleunigen. Mit fortschreitendem Verschleiß des Werkzeugs können sich die Schnittbedingungen ändern und die Maßgenauigkeit allmählich nachlassen.
Bei Serienteilen tragen die Überwachung des Werkzeugzustands und die Planung eines angemessenen Werkzeugwechsels oder einer entsprechenden Kompensation dazu bei, gleichbleibende Maße über alle Chargen hinweg zu gewährleisten.
Oberflächenbehandlung
Das Materialverhalten beeinflusst ebenfalls die erzielbare Oberflächengüte. Schnittgeschwindigkeit, Vorschub, Werkzeugauswahl, Werkzeugzustand und Spanbildung stehen alle in Wechselwirkung mit dem Material.
Durch die Wahl eines geeigneten Werkstoffs und einer geeigneten Bearbeitungsstrategie lassen sich Grate, Risse, Aufbauten und andere Oberflächenfehler reduzieren und gleichzeitig die geforderte Oberflächengüte erzielen.
Präzisionsbearbeitung von Aluminium
Aluminium wird häufig für präzisionsgefertigte Teile verwendet, da es folgende Eigenschaften vereint: geringes Gewicht, gute Bearbeitbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und ein gutes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. Aufgrund seiner relativ guten Zerspanbarkeit eignet es sich auch für Prototypen und Serienteile, bei denen eine gleichbleibende Maßhaltigkeit erforderlich ist.
Gängige Aluminiumlegierungen
Zu den gängigen Legierungen für die Präzisionsbearbeitung zählen 6061, 7075, 2024 und 6082, wobei die Wahl der geeigneten Sorte von den mechanischen, umgebungsbezogenen und bearbeitungstechnischen Anforderungen des Bauteils abhängt.
· 6061: Allzweckwerkstoff mit guter Bearbeitbarkeit und ausgewogenen mechanischen Eigenschaften.
· 7075: Höheres Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, wird häufig für anspruchsvolle Bauteile gewählt.
· 2024: Hohe Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit; wird häufig dort eingesetzt, wo diese Eigenschaften von Bedeutung sind.
· 6082: Gute Zerspanbarkeit und mechanische Eigenschaften, geeignet für eine Vielzahl von Präzisionsbauteilen.
Die Wahl der Legierung sollte sich nach den tatsächlichen Anforderungen des Bauteils richten und nicht allein nach der Bearbeitbarkeit.
Merkmale der Präzisionsbearbeitung
Aluminium lässt sich im Allgemeinen bei relativ hohen Schnittgeschwindigkeiten gut bearbeiten, was kurze Zykluszeiten und eine gute Oberflächengüte ermöglicht. Seine geringere Härte kann jedoch auch dazu beitragen, dass Gratebildung, Materialablagerungen an Schneidwerkzeugen und Verformungen in dünnen Schnitten.
Bei Bauteilen mit engen Toleranzen spielen die Schärfe der Werkzeuge, die Werkstückspannung, die Schnittparameter und die Temperaturregelung weiterhin eine wichtige Rolle. Die Bearbeitungsstrategie sollte zudem die jeweilige Aluminiumlegierung und die Geometrie des Bauteils berücksichtigen.
Typische Präzisionsteile aus Aluminium
Die Präzisionsbearbeitung von Aluminium wird üblicherweise für folgende Zwecke eingesetzt:
· Gehäuse und Einfassungen
· Halterungen und Befestigungsteile
· Roboterbauteile
· Optische Komponenten und Messtechnik
· Automobilkomponenten
· Strukturteile für die Luft- und Raumfahrt
· Leichte mechanische Bauteile
Die Wahl des richtigen Bearbeitungsverfahrens hängt von der geforderten Toleranz, der Geometrie, der Werkstoffsorte, der Oberflächenbeschaffenheit und dem Produktionsvolumen ab.
Präzisionsbearbeitung von Edelstahl und Stahl
Stahl und Edelstahl werden häufig verwendet für präzisionsgefertigte Teile die Festigkeit, Verschleißfestigkeit oder Langlebigkeit erfordern. Da sich verschiedene Stahlsorten bei der Bearbeitung jedoch sehr unterschiedlich verhalten können, müssen Schnittbedingungen, Werkzeuge und Kühlung auf das Material abgestimmt werden.
Rostfreier Stahl
Edelstahl bietet hervorragende Korrosionsbeständigkeit und mechanische Festigkeit, Dadurch eignet es sich für Präzisionsbauteile, die in anspruchsvollen Umgebungen zum Einsatz kommen. Gängige Sorten sind beispielsweise 304 und 316, während für höhere Festigkeit oder Verschleißfestigkeit auch andere Sorten gewählt werden können.
Einige Edelstähle neigen dazu, mehr Wärme zu entwickeln, und können sich beim Zerspanen kaltverfestigen. Eine stabile Werkstückspannung, scharfe Werkzeuge, geeignete Schnittparameter und eine effektive Spanabfuhr sind wichtig, um Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität zu gewährleisten.
Kohlenstoffstahl
Kohlenstoffstahl zeichnet sich im Allgemeinen durch eine gute Festigkeit und ein relativ vorhersehbares Bearbeitungsverhalten aus. Seine Zerspanbarkeit hängt vom Kohlenstoffgehalt und der Güteklasse ab, daher sollte das Material entsprechend den erforderlichen mechanischen Eigenschaften und den Bearbeitungsanforderungen ausgewählt werden.
Bei Präzisionsteilen tragen die Kontrolle der Schnittkräfte und des Werkzeugzustands dazu bei, gleichbleibende Maße zu gewährleisten. Eine Oberflächenveredelung kann zudem zum Einsatz kommen, wenn zusätzlicher Korrosionsschutz oder ein bestimmtes Erscheinungsbild erforderlich ist.
Legierter Stahl
Legierte Stähle enthalten zusätzliche Elemente, die Eigenschaften wie beispielsweise Festigkeit, Härte, Zähigkeit und Verschleißfestigkeit. Aufgrund dieser Eigenschaften lassen sie sich unter Umständen schwieriger bearbeiten als Stähle mit geringerem Kohlenstoffgehalt, insbesondere nach der Wärmebehandlung.
Eine höhere Härte kann zu höheren Schnittkräften und einem höheren Werkzeugverschleiß führen. Die Bearbeitungsparameter und Werkzeuge müssen daher entsprechend der jeweiligen Legierung und dem Härtezustand ausgewählt werden, anstatt alle legierten Stähle gleich zu behandeln.
Schnellarbeitsstahl
Schnellarbeitsstahl (HSS) ist ein Werkzeugstahl, der so konzipiert ist, dass er seine Härte auch bei erhöhten Temperaturen beibehält. Er wird häufig in Verbindung mit Schneidwerkzeuge und verschleißfeste Bauteile, wo Härte und Wärmebeständigkeit eine wichtige Rolle spielen.
HSS lässt sich aufgrund seiner hohen Härte und Verschleißfestigkeit unter Umständen schwieriger bearbeiten als herkömmliche Stähle. Die Wahl der Werkzeuge, die Temperaturregelung und geeignete Schnittbedingungen sind bei der Fertigung von Präzisionsteilen aus HSS von entscheidender Bedeutung.
Unterschiedliche Bearbeitungseigenschaften von Stahl
Die wesentlichen Unterschiede bei der Bearbeitung der verschiedenen Stahlsorten ergeben sich aus Härte, Legierungszusammensetzung, Kaltverfestigungsverhalten und Wärmeentwicklung. Weichere Stähle lassen sich relativ leicht bearbeiten, während gehärtete oder hochlegierte Stähle unter Umständen präziser gesteuerte Verfahren erfordern.
Werkzeugverschleiß und Wärmeentwicklung spielen insbesondere bei der Bearbeitung härterer Werkstoffe eine wichtige Rolle. Übermäßige Wärme kann die Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität beeinträchtigen, während fortschreitender Werkzeugverschleiß zu Maßabweichungen während der Produktion führen kann. Die richtige Werkzeugauswahl, der Einsatz von Kühlmittel, geeignete Schnittparameter und regelmäßige Kontrollen tragen dazu bei, gleichbleibende Ergebnisse zu erzielen.
Die Oberflächenbeschaffenheit hängt zudem vom Zustand des Werkstoffs, den Werkzeugen, den Schnittparametern und dem abschließenden Bearbeitungsschritt ab. Bei Stahlbauteilen mit engen Toleranzen müssen diese Faktoren gemeinsam berücksichtigt und nicht einzeln optimiert werden.
Präzisionsbearbeitung von Messing und Kupfer
Messing und Kupfer eignen sich beide für die Präzisionsbearbeitung, weisen jedoch ein unterschiedliches Bearbeitungsverhalten auf. Messing lässt sich im Allgemeinen hervorragend bearbeiten., während Kupfer weicher und duktiler ist und unter Umständen eine größere Präzision erfordert, um saubere Schnitte und gleichmäßige Oberflächen zu erzielen.
Messing
Messing wird aufgrund seiner Eigenschaften häufig für Präzisionsteile verwendet, da gute Bearbeitbarkeit, Formstabilität, Korrosionsbeständigkeit und elektrische Leitfähigkeit. Zu den gängigen Güteklassen gehören C36000 und andere Messinglegierungen, die entsprechend den Anforderungen an Festigkeit, Leitfähigkeit und Umgebungsbedingungen ausgewählt werden.
Dank seiner guten Zerspanungseigenschaften lassen sich kleine, detailreiche Bauteile effizient fertigen, wobei die Maße konstant bleiben. Die Wahl der Legierung spielt nach wie vor eine wichtige Rolle, insbesondere wenn das Bauteil eine höhere Festigkeit oder bleifreies Material erfordert.
Kupfer
Kupfer bietet hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit, wodurch es sich besonders für elektrische Komponenten, Komponenten für das Wärmemanagement und industrielle Bauteile eignet. Allerdings können seine Weichheit und Duktilität die Spanabfuhr und die Oberflächenqualität im Vergleich zu Messing erschweren.
Scharfe Werkzeuge, geeignete Schnittbedingungen und eine effektive Spanabfuhr tragen dazu bei, Grate, Verformungen und Oberflächenfehler bei der Präzisionsbearbeitung von Kupfer zu reduzieren.
Bearbeitbarkeit und Maßhaltigkeit
Messing lässt sich im Allgemeinen leichter bearbeiten und liefert stabile Maßergebnisse bei einem relativ vorhersehbaren Zerspanungsverhalten. Bei Kupfer muss man mehr darauf achten, Schärfe des Werkzeugs, Schnittkräfte, Wärmeentwicklung und Verformung, insbesondere bei dünnwandigen oder kleinen Präzisionsteilen.
Bei beiden Werkstoffen sind eine stabile Werkstückspannung und die Kontrolle des Werkzeugverschleißes wichtig, wenn enge Toleranzen und wiederholbare Maße gefordert sind.
Gängige Präzisionsteile aus Messing und Kupfer
Die Präzisionsbearbeitung von Messing und Kupfer wird üblicherweise für folgende Zwecke eingesetzt:
· Steckverbinder und elektrische Kontakte
· Armaturen und Ventile
· Buchsen und Distanzstücke
· Anschlüsse und leitfähige Bauteile
· Wärmeübertragungskomponenten
· Präzisionsbefestigungselemente
· Kleine mechanische Bauteile
Bei der endgültigen Materialauswahl sollten nicht nur die Bearbeitbarkeit, sondern auch die Eigenschaften des Bauteils berücksichtigt werden. elektrische oder thermische Anforderungen, Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Maßanforderungen und die vorgesehene Betriebsumgebung.
Präzisionsbearbeitung von Titan
Titan wird häufig für Präzisionsbauteile verwendet, bei denen hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, Korrosionsbeständigkeit und Temperaturbeständigkeit sind wichtig. Aufgrund seiner Werkstoffeigenschaften ist die Bearbeitung jedoch anspruchsvoller als bei Aluminium oder herkömmlichen Stählen.
Warum Titan eine Herausforderung darstellt
Titan weist eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit auf, sodass die beim Schneiden entstehende Wärme eher in der Nähe der Schnittzone verbleibt, anstatt schnell vom Werkstück abgeleitet zu werden. Seine hohe Festigkeit führt zudem zu erheblichen Schnittkräften.
Diese Eigenschaften machen Werkzeugauswahl, Schnittparameter, Werkstückspannung und Wärmemanagement besonders wichtig. Bei dünnen Schnitten und komplexen Geometrien ist zudem besondere Sorgfalt erforderlich, um Verformungen und Maßabweichungen zu vermeiden.
Wärme und Werkzeugverschleiß
Die Wärmekonzentration ist eine der größten Herausforderungen bei der Präzisionsbearbeitung von Titan. Übermäßige Schnittwärme kann den Werkzeugverschleiß beschleunigen und die Oberflächenqualität beeinträchtigen, während abgenutzte Werkzeuge die Schnittbedingungen und Werkstückabmessungen nach und nach verändern können.
Der Einsatz scharfer, geeigneter Werkzeuge, kontrollierter Schnittparameter und einer effektiven Kühlmittelzufuhr trägt dazu bei, die Wärmeentwicklung zu kontrollieren und gleichbleibende Bearbeitungsergebnisse zu erzielen.
Anwendungen von Präzisions-Titan
Die Präzisionsbearbeitung von Titan kommt häufig bei Bauteilen zum Einsatz, bei denen geringes Gewicht und hohe Festigkeit entscheidend sind, darunter:
· Strukturelle und mechanische Bauteile für die Luft- und Raumfahrt
· Komponenten für Medizinprodukte
· Robotik und hochleistungsfähige mechanische Bauteile
· Chemikalien- und korrosionsbeständige Komponenten
· Hochleistungskomponenten für die Automobilindustrie
Die Wahl der geeigneten Titanlegierung und der Bearbeitungsstrategie hängt von der erforderlichen Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Geometrie, Toleranz sowie den Produktionsanforderungen ab.
Präzisionsbearbeitung von Inconel
Inconel und andere Superlegierungen auf Nickelbasis werden für Präzisionsteile ausgewählt, die folgenden Belastungen standhalten müssen: hohe Temperaturen, Korrosion und hohe mechanische Belastungen. Aufgrund ihrer hervorragenden Leistungsfähigkeit unter rauen Umgebungsbedingungen lassen sie sich zudem schwerer bearbeiten.
Arbeitshärtung
Viele Inconel-Sorten können wird bei der Bearbeitung schnell kaltverfestigt. Wenn die Schnittbedingungen dazu führen, dass das Werkzeug an einer bereits gehärteten Oberfläche reibt oder wiederholt darüber gleitet, kann das Material härter werden und sich schwerer zerschneiden lassen.
Daher ist es wichtig, einen gleichmäßigen Kontakt zwischen Werkzeug und Werkstück aufrechtzuerhalten. Die richtigen Schnittparameter und Bearbeitungsstrategien tragen dazu bei, unnötiges Reiben zu vermeiden und das Risiko einer Kaltverfestigung zu verringern.
Wärmeerzeugung
Inconel weist eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit auf, wodurch sich erhebliche Wärmemengen im Bereich der Schnittzone konzentrieren können. Dies erhöht die thermische Belastung des Schneidwerkzeugs und kann sich sowohl auf die Standzeit als auch auf die Oberflächenqualität auswirken.
Kontrollierte Schnittgeschwindigkeiten, angemessene Vorschübe, stabile Aufspannungen und ein effektives Kühlmittelmanagement sind wichtig, um stabile Bearbeitungsbedingungen zu gewährleisten.
Werkzeugverschleiß und Bearbeitungssteuerung
Hohe Festigkeit, Kaltverfestigung und Wärmeentwicklung können zu Folgendem führen: schneller Werkzeugverschleiß bei der Bearbeitung von Inconel. Mit fortschreitendem Verschleiß des Werkzeugs können die Maßgenauigkeit und die Oberflächengüte an Gleichmäßigkeit verlieren.
Die Präzisionsbearbeitung von Inconel erfordert daher eine genaue Kontrolle der Werkzeuge, der Schnittparameter, des Werkzeugzustands und der Qualitätsprüfung. Bei Serienbauteilen können geplante Werkzeugwechsel und eine Prozessüberwachung dazu beitragen, wiederholbare Maße vom ersten Teil bis hin zur gesamten Produktionscharge zu gewährleisten.
Präzisionsbearbeitung von Magnesiumlegierungen
Magnesiumlegierungen werden für Präzisionsbauteile verwendet, bei denen geringes Gewicht, gute Bearbeitbarkeit und ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht sind wichtig. Aufgrund ihrer geringen Dichte eignen sie sich gut für leichte mechanische und strukturelle Bauteile, doch ihre Bearbeitung erfordert eine angemessene Prozesssteuerung.
Eigenschaften der Leichtbau-Zerspanung
Magnesiumlegierungen sind deutlich leichter als Aluminium und viele Stahllegierungen, weisen aber dennoch eine ausreichende mechanische Festigkeit auf. Außerdem lassen sie sich aufgrund ihrer relativ guten Zerspanbarkeit effizient bearbeiten.
Bei Präzisionsteilen beeinflussen die gewählte Magnesiumlegierung, die Bauteilgeometrie, die Wandstärke, die Spannmethode und die Zerspanungsbedingungen die Maßhaltigkeit.
Sicherheit beim Umgang mit Hitze und bei der spanenden Bearbeitung
Die Bearbeitung von Magnesium erfordert eine sorgfältige Steuerung von Späne, Wärme und Schnittbedingungen. Feine Späne und übermäßige Hitze können Sicherheitsrisiken verursachen, insbesondere bei der Bearbeitung mit ungeeigneten Parametern.
Die richtige Werkzeugauswahl, der Späneabtransport, die Kühlmittelstrategie und die Ordnung am Arbeitsplatz sind wichtig, um eine kontrollierte Bearbeitungsumgebung aufrechtzuerhalten und gleichzeitig die erforderlichen Oberflächengüten und Maße zu erzielen.
Gängige Präzisionsteile aus Magnesium
Magnesiumlegierungen können verwendet werden für Leichtbaugehäuse, Halterungen, Strukturbauteile, Elektronikgehäuse und andere gewichtssensitive mechanische Teile. Die Wahl der geeigneten Legierung und des geeigneten Veredelungsverfahrens sollte sich nach den mechanischen, umgebungsbezogenen und maßlichen Anforderungen des Bauteils richten.
Technische Kunststoffe für die Präzisionsbearbeitung
Technische Kunststoffe eignen sich für Präzisionsteile, die folgende Eigenschaften erfordern: geringes Gewicht, Korrosionsbeständigkeit, elektrische Isolierung, chemische Beständigkeit oder geringe Reibung. Im Vergleich zu Metallen reagieren Kunststoffe jedoch im Allgemeinen empfindlicher auf Temperatur, Schnittkräfte, Feuchtigkeit und langfristige Maßänderungen.
PTFE (Teflon)
PTFE bietet sehr geringe Reibung, hervorragende chemische Beständigkeit und ein breiter Betriebstemperaturbereich. Es wird häufig für Dichtungen, Isolatoren, Durchführungen und andere Bauteile verwendet, bei denen geringe Reibung oder chemische Beständigkeit erforderlich sind.
Aufgrund seiner Weichheit und seiner hohen Wärmeausdehnung ist bei der Bearbeitung eine sorgfältige Kontrolle erforderlich, insbesondere wenn enge Maßtoleranzen vorgegeben sind.
Nylon
Nylon ist leicht, robust und verschleißfest, wodurch es sich eignet für Buchsen, Zahnräder, Rollen, Führungen und andere mechanische Bauteile. Allerdings kann Nylon Feuchtigkeit aufnehmen, was zu einer Veränderung seiner Abmessungen und mechanischen Eigenschaften führen kann.
Bei Präzisionsteilen aus Nylon sollten die Materialvorbereitung, die Lagerung, die Bearbeitungstemperatur und die Prüfbedingungen gemeinsam berücksichtigt werden.
Kohlefaser
Kohlefaserverstärkte Werkstoffe bieten hohe Steifigkeits-Gewichts-Verhältnisse und kommen dort zum Einsatz, wo eine leichte Konstruktionsleistung wichtig ist. Die Bearbeitung kann anspruchsvoller sein, da das Verstärkungsmaterial abrasiv sein kann und bei Verwendung ungeeigneter Werkzeuge Staub oder Kantenbeschädigungen verursachen kann.
Die Wahl des richtigen Werkzeugs und kontrollierte Schnittbedingungen sind wichtig, um saubere Kanten und gleichbleibende Maße zu gewährleisten.
Acryl (PMMA)
Acryl, auch PMMA genannt, bietet gute optische Klarheit, Witterungsbeständigkeit und Formstabilität für zahlreiche Anwendungsbereiche. Es wird häufig zur Herstellung von transparenten Abdeckungen, optischen Bauteilen, Displays und Schutzgehäusen bearbeitet.
Scharfe Werkzeuge und geeignete Schnittbedingungen tragen dazu bei, ein Schmelzen, Risse, Ausbrüche und eine schlechte Oberflächenqualität zu vermeiden.
POM (Acetal)
POM bietet gute Bearbeitbarkeit, Steifigkeit, Formstabilität und geringe Reibung. Es wird häufig für Präzisionsbauteile wie Zahnräder, Buchsen, Rollen, Führungen und Distanzstücke verwendet.
Aufgrund seines relativ stabilen Bearbeitungsverhaltens ist POM eine sinnvolle Wahl, wenn eine leichte Alternative zu Metall benötigt wird.
PEEK
PEEK ist ein Hochleistungskunststoff, der dort zum Einsatz kommt, wo Hohe Temperaturbeständigkeit, chemische Beständigkeit, mechanische Festigkeit und Maßhaltigkeit sind erforderlich.
Es lässt sich zu Präzisionsbauteilen für anspruchsvolle Anwendungen bearbeiten, wobei jedoch die Wärmeentwicklung und die Schnittkräfte sorgfältig kontrolliert werden müssen. PEEK ist auch für die additive Fertigung erhältlich und bietet damit eine weitere Option für komplexe Teile oder Kleinserien.
Sonstige Präzisionskunststoffe
Zu den weiteren Werkstoffen, die für die Präzisionsbearbeitung von Kunststoffen verwendet werden, gehören ABS, PC, PP, UHMW-PE, PEI (Ultem) und andere technische Kunststoffe. Jedes Material weist unterschiedliche Werte hinsichtlich Wärmeausdehnung, Steifigkeit, Feuchtigkeitsaufnahme und Bearbeitbarkeit auf.
Bei der Auswahl eines Kunststoffs für ein präzisionsgefertigtes Bauteil sollten folgende Faktoren gemeinsam berücksichtigt werden:
· Wärmeausdehnung: Temperaturschwankungen können bei manchen Kunststoffen zu spürbaren Maßänderungen führen.
· Verformung: Weichere oder flexiblere Werkstoffe können sich unter Klemm- oder Schnittkräften verformen.
· Feuchtigkeit: Materialien wie Nylon können Feuchtigkeit aufnehmen und im Laufe der Zeit ihre Abmessungen verändern.
· Dimensionsstabilität: Die Temperatur, die Feuchtigkeit und das mechanische Verhalten des Werkstoffs sollten den geforderten Toleranzen und den Betriebsbedingungen entsprechen.
Bei Kunststoffbauteilen mit engen Toleranzen hängen Materialauswahl und Bearbeitungsbedingungen eng miteinander zusammen. Die richtige Wahl sollte auf der Grundlage der Funktion des Bauteils, Einsatzumgebung, erforderliche Toleranz und langfristige Maßanforderungen, und nicht nur die Nennfestigkeit des Werkstoffs.
So wählen Sie ein Material für präzisionsgefertigte Teile aus
Das richtige Material sollte auf der Grundlage der Funktion und Einsatzumgebung des Bauteils, nicht nur die Bearbeitungskosten oder die mechanische Festigkeit. Bei einem praxisorientierten Materialauswahlverfahren sollten die folgenden Faktoren berücksichtigt werden.
Funktionale Anforderungen
Gehen Sie zunächst davon aus, welche Anforderungen das Bauteil erfüllen muss. Dichtungsfunktion, elektrische Leitfähigkeit, Verschleißfestigkeit, strukturelle Stützfunktion, chemische Beständigkeit und geringe Reibung können jeweils zu unterschiedlichen Materialauswahlen führen.
Das Material sollte über die gesamte voraussichtliche Lebensdauer hinweg die für das fertige Bauteil erforderlichen Eigenschaften aufweisen.
Stärke
Berücksichtigen Sie die Belastungen, Stöße, Drücke und mechanischen Beanspruchungen, denen das Bauteil ausgesetzt sein wird. Aluminium eignet sich möglicherweise für leichte Konstruktionsteile, während für höhere mechanische Belastungen Stahl, Titan oder Hochleistungslegierungen erforderlich sein können.
Gewicht
In der Luft- und Raumfahrt, der Robotik, der Automobilindustrie und anderen gewichtskritischen Anwendungsbereichen kann die Materialdichte ein wichtiger Konstruktionsfaktor sein. Aluminium, Magnesium, Titan und technische Kunststoffe kann verschiedene Möglichkeiten bieten, das Gewicht von Bauteilen zu reduzieren und gleichzeitig die erforderliche Leistung aufrechtzuerhalten.
Temperatur
Die Betriebstemperatur kann die Leistungsfähigkeit und das Maßverhalten von Werkstoffen erheblich beeinflussen. Für Bauteile, die erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind, eignen sich Werkstoffe wie Edelstahl, Titan, Inconel oder PEEK kann je nach Anwendungsfall in Betracht gezogen werden.
Die tatsächliche Betriebstemperatur, die Belichtungszeit und die Umgebungsbedingungen sollten alle berücksichtigt werden.
Korrosionsbeständigkeit
Für Bauteile, die Feuchtigkeit, Chemikalien, Salz oder anderen korrosiven Umgebungen ausgesetzt sind, ist eine geeignete Materialauswahl erforderlich. Je nach Anwendungsfall können Edelstahl, Titan, bestimmte Aluminiumlegierungen, technische Kunststoffe und andere korrosionsbeständige Werkstoffe geeignet sein.
Bearbeitbarkeit
Zwei Werkstoffe mit ähnlichen mechanischen Eigenschaften können sehr unterschiedliche Anforderungen an die Zerspanbarkeit stellen. Die Zerspanbarkeit eines Werkstoffs beeinflusst Werkzeuge, Durchlaufzeit, Oberflächengüte und Produktionskonsistenz.
Bei Präzisionsteilen sollte das Material die erforderlichen Eigenschaften aufweisen und gleichzeitig praktikabel in der Fertigung sein.
Erforderliche Genauigkeit
Bei der Werkstoffauswahl sollte auch die erforderliche Toleranz berücksichtigt werden. Werkstoffe, die sehr empfindlich auf Wärme, Feuchtigkeit oder Bearbeitungskräfte reagieren, erfordern möglicherweise zusätzliche Prozesskontrollen, wenn sehr enge Toleranzen vorgegeben sind.
Die beste Wahl ist daher das Material, das die funktionale, umweltbezogene, maßbezogene und fertigungstechnische Anforderungen des Teils als Ganzes.
Häufig gestellte Fragen zur Materialauswahl bei der Präzisionsbearbeitung
Gibt es außer den oben aufgeführten noch weitere Werkstoffe für die Präzisionsbearbeitung?
Ja. Die Präzisionsbearbeitung beschränkt sich nicht auf die in diesem Leitfaden behandelten Werkstoffe. Je nach Anwendungsbereich können Hersteller auch folgende Werkstoffe bearbeiten: Werkzeugstähle, Nickellegierungen, Kupferlegierungen, Magnesiumlegierungen, Titanlegierungen, PEI (Ultem), PC, ABS, PP, UHMW-PE und andere technische Werkstoffe.
Das verfügbare Material sollte auf die Leistungsanforderungen des Bauteils und den Fertigungsprozess abgestimmt sein.
Können Sie Sonderanfertigungen oder vom Kunden spezifizierte Materialien bearbeiten?
Ja. Wenn für ein Projekt ein bestimmtes Material oder eine bestimmte Güteklasse erforderlich ist, kann die Materialspezifikation vor der Produktion überprüft werden. Dies ist besonders wichtig, wenn in der Zeichnung ein bestimmtes Legierung, Güteklasse, Härtezustand, Härte oder Werkstoffnorm.
Kann ich Materialzertifikate für präzisionsgefertigte Teile erhalten?
Je nach Material und Projektanforderungen können bei Bedarf Materialunterlagen bereitgestellt werden. Werkstoffzertifikate und entsprechende Prüfberichte kann dabei helfen, das gelieferte Material anhand der festgelegten Güteklasse und Anforderungen zu überprüfen.
Bei regulierten oder rückverfolgbarkeitsrelevanten Anwendungen sollte die Materialdokumentation als Teil der Angebotsanfrage festgelegt werden.
Wie viele Werkstoffe stehen für die Präzisionsbearbeitung zur Verfügung?
Dakings unterstützt Über 500 Materialoptionen für unterschiedliche Anforderungen an die Präzisionsbearbeitung und -fertigung, darunter Metalle, Legierungen und technische Kunststoffe.
Kann dasselbe Präzisionsbauteil aus verschiedenen Werkstoffen hergestellt werden?
In vielen Fällen ja. Es gibt mehrere Werkstoffe, die die grundlegenden Maßanforderungen erfüllen und gleichzeitig unterschiedliche Grade an Festigkeit, Gewicht, Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, Temperaturbeständigkeit oder Kosten.
Wenn mehrere Werkstoffe technisch in Frage kommen, sollte die endgültige Entscheidung auf den tatsächlichen Betriebsanforderungen beruhen und nicht allein auf den Abmessungen.
Wie gebe ich die Materialanforderungen in einer Ausschreibung für die CNC-Bearbeitung an?
Geben Sie die Werkstoffgüte oder Spezifikation, benötigte Menge, Zeichnung oder 3D-Modell, Oberflächenbeschaffenheit, gegebenenfalls Wärmebehandlung sowie alle erforderlichen Zertifizierungs- oder Prüfunterlagen.
Falls das genaue Material noch nicht festgelegt wurde, geben Sie bitte die Betriebsbedingungen und funktionalen Anforderungen des Bauteils an, damit das Bearbeitungsteam geeignete Optionen vorschlagen kann.
