Wie wählt man das richtige CNC-Bearbeitungsmaterial aus?

Die Materialien sind falsch, alles vergebens! Um zufriedenstellende Produkte herzustellen, ist die Materialwahl der grundlegendste und kritischste Schritt. Die CNC-Bearbeitung ermöglicht die Verarbeitung einer Vielzahl von Materialien, darunter Metalle, Nichtmetalle und Verbundwerkstoffe.

Gängige Metallwerkstoffe sind Stahl, Aluminiumlegierungen, Kupferlegierungen, Edelstahl usw. Nichtmetallische Werkstoffe sind technische Kunststoffe, Nylon, Bakelit, Epoxidharz usw. Verbundwerkstoffe sind beispielsweise faserverstärkte Kunststoffe, kohlenstofffaserverstärktes Epoxidharz, glasfaserverstärktes Aluminium usw.

Verschiedene Werkstoffe weisen unterschiedliche physikalische und mechanische Eigenschaften auf. Die richtige Materialauswahl ist daher entscheidend für die Leistungsfähigkeit, Genauigkeit und Langlebigkeit des Bauteils. Ausgehend von meiner eigenen Erfahrung möchte ich Ihnen in diesem Artikel zeigen, wie Sie aus der Vielzahl an Werkstoffen kostengünstige und geeignete Materialien auswählen können.

Zunächst muss der Verwendungszweck des Produkts und seiner Teile bestimmt werden. Beispielsweise müssen medizinische Geräte desinfiziert, Lunchboxen in der Mikrowelle erwärmt und Lager, Zahnräder usw. für tragende und mehrfach rotierende Reibungsanwendungen eingesetzt werden.

Nach Festlegung des Verwendungszwecks, ausgehend von den konkreten Anwendungsanforderungen des Produkts, werden dessen Einsatzmöglichkeiten untersucht und die technischen sowie umweltbedingten Anforderungen analysiert. Diese Anforderungen werden anschließend in die Materialeigenschaften übersetzt. Beispielsweise müssen Teile medizinischer Geräte der extremen Hitze eines Autoklaven standhalten; Lager, Zahnräder und andere Werkstoffe müssen Verschleißfestigkeit, Zugfestigkeit und Druckfestigkeit aufweisen. Die Analyse erfolgt im Wesentlichen anhand folgender Kriterien:

01 Umweltanforderungen

Analysieren Sie das tatsächliche Nutzungsszenario und die Umgebung des Produkts. Zum Beispiel: Welche Dauerbetriebstemperatur hat das Produkt, welche ist die höchste/niedrigste Betriebstemperatur und fällt diese in den Hoch- oder Niedrigtemperaturbereich? Sind UV-Schutzanforderungen für den Innen- oder Außenbereich erforderlich? Befindet sich das Produkt in einer trockenen oder einer feuchten, korrosiven Umgebung? Usw.

02 Technische Anforderungen

Entsprechend den technischen Anforderungen des Produkts werden die erforderlichen Eigenschaften analysiert, die eine Reihe anwendungsbezogener Faktoren umfassen können. Beispielsweise: Muss das Produkt leitfähig, isolierend oder antistatisch sein? Welche Eigenschaften sind erforderlich? Sind Wärmeableitung, Wärmeleitfähigkeit oder Flammschutz erforderlich? Ist eine Beständigkeit gegenüber chemischen Lösungsmitteln notwendig? Usw.

03 Anforderungen an die körperliche Leistungsfähigkeit

Analysieren Sie die erforderlichen physikalischen Eigenschaften des Bauteils anhand des Verwendungszwecks und der Einsatzumgebung. Bei Bauteilen, die hoher Beanspruchung oder starkem Verschleiß ausgesetzt sind, sind Faktoren wie Festigkeit, Zähigkeit und Verschleißfestigkeit entscheidend; bei Bauteilen, die über längere Zeit hohen Temperaturen ausgesetzt sind, ist eine gute thermische Stabilität erforderlich.

04 Anforderungen an Aussehen und Oberflächenbehandlung

Die Marktakzeptanz eines Produkts hängt maßgeblich von seinem Erscheinungsbild ab. Farbe und Transparenz verschiedener Materialien variieren, ebenso wie die Oberflächenbeschaffenheit und die entsprechende Oberflächenbehandlung. Daher sollten die Verarbeitungsmaterialien entsprechend den ästhetischen Anforderungen des Produkts ausgewählt werden.

05 Überlegungen zur Verarbeitungsleistung

Die Bearbeitungseigenschaften des Materials beeinflussen den Fertigungsprozess und die Genauigkeit des Bauteils. Beispielsweise ist Edelstahl zwar rost- und korrosionsbeständig, aber aufgrund seiner hohen Härte verschleißt das Werkzeug beim Bearbeiten schnell, was zu sehr hohen Bearbeitungskosten führt und ihn daher für die Bearbeitung ungeeignet macht. Kunststoffe hingegen weisen eine geringe Härte auf, neigen aber beim Erhitzen zum Erweichen und Verformen und sind wenig formstabil. Die Materialauswahl muss daher den konkreten Anforderungen entsprechen.

Da die tatsächlichen Anwendungsanforderungen des Produkts aus einer Reihe von Faktoren bestehen, können mehrere Materialien diese Anforderungen erfüllen. Es kann auch vorkommen, dass die optimale Auswahl verschiedener Materialien für unterschiedliche Anwendungsanforderungen erforderlich ist. Unter Umständen kommen mehrere Materialien infrage, die unsere spezifischen Anforderungen erfüllen. Sobald die gewünschten Materialeigenschaften klar definiert sind, besteht der letzte Auswahlschritt darin, das Material zu finden, das diese Eigenschaften am besten erfüllt.

Die Auswahl geeigneter Werkstoffe beginnt mit einer Überprüfung der Materialeigenschaften. Selbstverständlich ist es weder möglich noch notwendig, Tausende von Werkstoffen zu untersuchen. Wir beginnen mit der Werkstoffkategorie und entscheiden zunächst, ob wir metallische, nichtmetallische oder Verbundwerkstoffe benötigen. Anschließend grenzen die Ergebnisse der vorherigen Analyse, die den Materialeigenschaften entsprechen, die Auswahl der infrage kommenden Werkstoffe ein. Abschließend werden die Materialkosteninformationen herangezogen, um aus einer Reihe von Kandidaten den am besten geeigneten Werkstoff für das Produkt auszuwählen.

Aktuell hat Honscn eine Reihe von Materialien ausgewählt und auf den Markt gebracht, die sich für die Weiterverarbeitung eignen und bei unseren Kunden sehr beliebt sind.

Metallische Werkstoffe zeichnen sich durch Eigenschaften wie Glanz, Duktilität, gute Wärmeleitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit aus. Ihre Leistungsfähigkeit lässt sich in vier Hauptaspekte unterteilen: mechanische, chemische, physikalische und verarbeitungstechnische Eigenschaften. Diese Eigenschaften bestimmen den Anwendungsbereich und die Wirtschaftlichkeit der jeweiligen Anwendung und sind somit wichtige Kriterien für die Auswahl metallischer Werkstoffe. Im Folgenden werden zwei Arten metallischer Werkstoffe vorgestellt: Aluminiumlegierungen und Kupferlegierungen, die sich in ihren mechanischen Eigenschaften und Verarbeitungscharakteristika unterscheiden.

Weltweit sind mehr als 1000 Aluminiumlegierungssorten registriert, jede Marke und Bedeutung ist unterschiedlich. Verschiedene Aluminiumlegierungssorten weisen deutliche Unterschiede in Härte, Festigkeit, Verarbeitbarkeit, Dekoration, Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit und anderen mechanischen und chemischen Eigenschaften auf; jede hat ihre Stärken und Schwächen.

Härte

Härte bezeichnet die Fähigkeit eines Materials, Kratzern oder Eindellungen zu widerstehen. Sie steht in direktem Zusammenhang mit der chemischen Zusammensetzung der Legierung, und unterschiedliche Aggregatzustände beeinflussen die Härte von Aluminium unterschiedlich. Die Härte wirkt sich wiederum direkt auf die Schnittgeschwindigkeit und die Art des Werkzeugmaterials aus, das bei der CNC-Bearbeitung eingesetzt werden kann.

Von der höchstmöglichen Härte ausgehend, ist die Reihenfolge: 7er-Serie > 2er-Serie > 6er-Serie > 5er-Serie > 3er-Serie > 1er-Serie.

Intensität

Festigkeit bezeichnet die Fähigkeit, Verformung und Bruch zu widerstehen; häufig verwendete Indikatoren sind beispielsweise die Streckgrenze und die Zugfestigkeit.

Dies ist ein wichtiger Faktor, der bei der Produktentwicklung berücksichtigt werden muss, insbesondere wenn Aluminiumlegierungskomponenten als Strukturbauteile verwendet werden. Die geeignete Legierung sollte entsprechend dem einwirkenden Druck ausgewählt werden.

Zwischen Härte und Festigkeit besteht ein positiver Zusammenhang: Die Festigkeit von reinem Aluminium ist am geringsten, die Festigkeit von wärmebehandelten Legierungen der Serien 2 und 7 am höchsten.

Dichte

Die Dichte bezeichnet die Masse pro Volumeneinheit und wird häufig zur Berechnung des Gewichts eines Materials verwendet.

Die Dichte ist für eine Vielzahl von Anwendungen ein wichtiger Faktor. Je nach Anwendung hat die Dichte von Aluminium einen erheblichen Einfluss auf seine Verwendung. Beispielsweise eignet sich leichtes, hochfestes Aluminium ideal für Bau- und Industrieanwendungen.

Die Dichte von Aluminium beträgt etwa 2700 kg/m³, und der Dichtewert verschiedener Aluminiumlegierungen ändert sich nicht wesentlich.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosionsbeständigkeit bezeichnet die Fähigkeit eines Materials, Korrosion im Kontakt mit anderen Substanzen zu widerstehen. Sie umfasst chemische Korrosionsbeständigkeit, elektrochemische Korrosionsbeständigkeit, Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit und weitere Eigenschaften.

Das Auswahlprinzip für Korrosionsbeständigkeit sollte sich nach dem Einsatzzweck richten; bei Verwendung einer hochfesten Legierung in einer korrosiven Umgebung müssen verschiedene korrosionsbeständige Verbundwerkstoffe zum Einsatz kommen.

Im Allgemeinen ist die Korrosionsbeständigkeit von Reinaluminium der Serie 1 am besten, Serie 5 schneidet gut ab, gefolgt von den Serien 3 und 6, während die Serien 2 und 7 schlecht abschneiden.

Verarbeitbarkeit

Die Bearbeitbarkeit umfasst Umformbarkeit und Zerspanbarkeit. Da die Umformbarkeit vom Zustand abhängt, muss nach der Auswahl der Aluminiumlegierungssorte auch der Festigkeitsbereich der einzelnen Zustände berücksichtigt werden; hochfeste Werkstoffe sind in der Regel schwer umzuformen.

Soll das Aluminium gebogen, gezogen, tiefgezogen oder anderen Umformverfahren unterzogen werden, ist die Umformbarkeit des vollständig geglühten Materials am besten, und umgekehrt ist die Umformbarkeit des wärmebehandelten Materials am schlechtesten.

Die Bearbeitbarkeit von Aluminiumlegierungen steht in einem großen Zusammenhang mit der Legierungszusammensetzung; im Allgemeinen ist die Bearbeitbarkeit von Aluminiumlegierungen mit höherer Festigkeit besser, im Gegenteil, die Bearbeitbarkeit von Aluminiumlegierungen mit niedriger Festigkeit ist schlecht.

Bei Formen, mechanischen Teilen und anderen Produkten, die zugeschnitten werden müssen, ist die Bearbeitbarkeit von Aluminiumlegierungen ein wichtiger Faktor.

Schweiß- und Biegeeigenschaften

Die meisten Aluminiumlegierungen lassen sich problemlos schweißen. Insbesondere einige Aluminiumlegierungen der 5er-Serie sind speziell für Schweißzwecke ausgelegt; im Vergleich dazu sind einige Aluminiumlegierungen der 2er- und 7er-Serie schwieriger zu schweißen.

Darüber hinaus eignet sich die Aluminiumlegierung der Serie 5 am besten zum Biegen einer Klasse von Aluminiumlegierungsprodukten.

Dekoratives Eigentum

Wird Aluminium zu Dekorationszwecken oder für besondere Anlässe verwendet, muss seine Oberfläche bearbeitet werden, um die gewünschte Farbe und Oberflächenstruktur zu erzielen. Daher ist es notwendig, die dekorativen Eigenschaften des Materials zu berücksichtigen.

Zu den Oberflächenbehandlungsoptionen für Aluminium gehören Anodisieren und Spritzlackieren. Im Allgemeinen weisen Werkstoffe mit guter Korrosionsbeständigkeit auch hervorragende Oberflächenbehandlungseigenschaften auf.

Weitere Merkmale

Neben den oben genannten Eigenschaften müssen bei der Materialauswahl auch die elektrische Leitfähigkeit, die Verschleißfestigkeit, die Hitzebeständigkeit und weitere Merkmale berücksichtigt werden.

Orichalcum

Messing ist eine Legierung aus Kupfer und Zink. Durch Variation des Zinkgehalts lassen sich Messingsorten mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften herstellen. Je höher der Zinkgehalt, desto höher die Festigkeit und desto geringer die Plastizität.

Der Zinkgehalt des in der Industrie verwendeten Messings liegt unter 45 %, da ein höherer Zinkgehalt zu Sprödigkeit und schlechteren Legierungseigenschaften führt. Die Zugabe von 1 % Zinn zu Messing verbessert dessen Beständigkeit gegenüber Meerwasser und Korrosion in der Meeresatmosphäre deutlich; daher wird es auch als „Marinemessing“ bezeichnet.

Zinn kann die Bearbeitbarkeit von Messing verbessern. Bleimessing wird häufig als leicht zerspanbares Messing nach nationalem Standard bezeichnet. Der Hauptzweck der Bleizugabe besteht in der Verbesserung der Bearbeitbarkeit und Verschleißfestigkeit; Blei hat nur geringen Einfluss auf die Festigkeit des Messings. Auch Kupfer, das sich zum Schnitzen eignet, wird als Bleimessing bezeichnet.

Die meisten Messingsorten weisen eine gute Farbe, Verarbeitbarkeit und Duktilität auf und lassen sich leicht galvanisieren oder lackieren.

Rotkupfer

Kupfer ist reines Kupfer, auch bekannt als Rotkupfer, besitzt eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit, eine ausgezeichnete Plastizität, lässt sich leicht heißpressen und kaltpressen und kann zu Platten, Stäben, Rohren, Drähten, Bändern, Folien und anderen Kupferprodukten verarbeitet werden.

Eine große Anzahl von Produkten, die eine gute elektrische Leitfähigkeit erfordern, wie z. B. elektrokorrodiertes Kupfer und leitfähige Stäbe für die Herstellung von EDM, magnetische Instrumente und Instrumente, die resistent gegen magnetische Störungen sein müssen, wie z. B. Kompasse und Instrumente für die Luftfahrt.

Unabhängig vom Material kann ein einzelnes Modell grundsätzlich nicht alle Leistungsanforderungen eines Produkts gleichzeitig erfüllen, und das ist auch nicht notwendig. Wir sollten die Prioritäten der verschiedenen Leistungsmerkmale anhand der Produktanforderungen, der Einsatzumgebung, des Verarbeitungsprozesses und anderer Faktoren festlegen, die Materialien sinnvoll auswählen und die Kosten unter der Voraussetzung der Leistungserbringung angemessen kontrollieren.

Es beginnt mit Hardware, hört aber nicht damit auf. Honscn hat sich zum Ziel gesetzt, der gesamten Wertschöpfungskette der Befestigungs- und CNC-Industrie einen Komplettservice aus einer Hand zu bieten.