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Premium-Gehäusehersteller × Honscn: Präzisionsgefertigte CNC-gefräste Hohlgehäuse aus Titan Grad 5 (TC4)
2025-12-11
Kundenhintergrund: Ein führender Hersteller von High-End-Gehäusen
Unser Kunde ist ein spezialisierter Hersteller von Premium-Gehäusen für Branchen wie Luxuselektronik, Medizintechnik und hochwertige Konsumgüter. Sein Ruf basiert auf Gehäusen, die außergewöhnliche Funktionalität mit makelloser Ästhetik vereinen – denn selbst kleinste Oberflächenfehler oder Maßabweichungen können die Premium-Positionierung eines Produkts beeinträchtigen. Als er für eine seiner wichtigsten Produktlinien ein komplexes Hohlrohrgehäuse benötigte, wandte er sich an uns, nachdem traditionelle Hersteller seine strengen Anforderungen an Formkomplexität und Oberflächenqualität nicht erfüllen konnten.
Ihre Kernforderung war eindeutig: ein maßgefertigtes, hohles Rohrgehäuse aus Titan Grad 5 (TC4) mit aufwendigen Aussparungen und Rundungen – und das alles mit einer spiegelglatten, makellosen Oberfläche. Es handelte sich nicht einfach um ein Bauteil; es war das Aushängeschild ihres zukünftigen Produkts, daher waren Kompromisse ausgeschlossen.
Projektübersicht: Anfertigung eines Titan-Prunkstücks
Das Projekt konzentrierte sich auf die Entwicklung einer Prototypenserie komplexer Hohlrohrgehäuse für die High-End-Produktlinie des Kunden. Im Gegensatz zu Standardgehäusen erfordert dieses Bauteil präzise Ausschnitte (für interne Komponenten und Belüftung) sowie sanfte Rundungen, um das Licht optimal einzufangen und die Textur des hochwertigen Titans hervorzuheben. Als Außengehäuse beeinflusste sein Erscheinungsbild direkt die Wertwahrnehmung des Endprodukts – Oberflächenqualität und Maßgenauigkeit waren daher entscheidend für den Markterfolg des Kunden.
Der Kunde hatte bereits zwei andere Hersteller kontaktiert, doch beide hatten Schwierigkeiten mit den materialbedingten Herausforderungen bei der Bearbeitung von TC4 und der komplexen Geometrie des Bauteils. Er benötigte einen Partner, der Materialexpertise mit fortschrittlichen Bearbeitungsmöglichkeiten vereinen konnte, um seinen Entwurf in ein greifbares, fehlerfreies Produkt umzusetzen.
Das Produkt: Hohlrohrschale aus Titan Grad 5 (TC4)
Jeder Aspekt des Produkts wurde im Hinblick auf höchste Leistung und Ästhetik entwickelt:
- Material : Titan Grad 5 (TC4, Ti-6Al-4V). Ausgewählt aufgrund seiner unübertroffenen Kombination aus hoher Festigkeit (4x fester als Aluminium), Korrosionsbeständigkeit und erstklassigem Metallglanz – ideal für hochwertige Gehäuse, die sowohl Langlebigkeit als auch optische Attraktivität erfordern.
- Konstruktion & Abmessungen : Komplexe Hohlrohrstruktur mit aufwendigen Aussparungen (3 mm bis 8 mm Durchmesser) und konturierten Außenkurven. Da keine ebenen Flächen vorhanden waren, erforderte jeder Bearbeitungsschritt höchste Präzision.
- Wichtigste Anforderungen : Oberflächengüte: Ra ≤ 0,4 μm (nahezu spiegelglatt, keine Kratzer, Grate oder Werkzeugspuren)
- Maßtoleranz: ±0,02 mm (kritisch für die Passung interner Komponenten)
- Strukturelle Integrität: Keine Risse oder Mikrodefekte in Hohlprofilen oder Ausschnitten
Marktposition : Flaggschiff-Gehäuse für die High-End-Produktlinie des Kunden, das sich an Premium-Konsumenten und professionelle Anwender richtet, für die Design und Qualität höchste Priorität haben.
Zentrale Herausforderungen: Warum die traditionelle Bearbeitung nicht ausreichte
Das Projekt stellte drei miteinander verknüpfte Herausforderungen dar, die herkömmliche Fertigungsmethoden unpraktisch machten – jede einzelne bedingt durch die Materialeigenschaften und die Komplexität der Konstruktion:
Herausforderung 1: Titan Grad 5 (TC4) ist von Natur aus schwer zu bearbeiten.
TC4-Titan besitzt eine hohe Zugfestigkeit (bis zu 1.034 MPa) und eine geringe Wärmeleitfähigkeit. Dadurch entsteht beim Bearbeiten schnell Wärme an der Werkzeug-Werkstück-Kontaktfläche. Dies führt zu schnellem Werkzeugverschleiß, Ausbrüchen und ungleichmäßigen Schnitten – Probleme, die sich bei der Bearbeitung komplexer Formen noch verstärken. Herkömmliche Drehmaschinen oder einachsige CNC-Maschinen konnten die Schnittparameter nicht konstant halten, was zu Oberflächenfehlern und Maßabweichungen führte.
Herausforderung 2: Komplexe Hohlrohrkonstruktion erfordert Mehrachsensteuerung
Die Kombination aus Hohlrohren, gekrümmten Oberflächen und präzisen Aussparungen im Gehäuse verhinderte, dass alle Merkmale mit einem einzigen Bearbeitungswinkel erreicht werden konnten. Herkömmliche 3-Achs-CNC-Maschinen erforderten mehrere Aufspannungen, was zu Ausrichtungsfehlern zwischen den Merkmalen führte. Selbst geringfügige Fehlausrichtungen (ab 0,03 mm) beeinträchtigten die Symmetrie des Bauteils und die Passgenauigkeit mit den internen Komponenten.
Herausforderung 3: Premium-Ästhetik lässt keinen Raum für Unvollkommenheit
Da das Bauteil ein sichtbares Gehäuse bildete, musste die Oberfläche makellos sein – frei von Werkzeugspuren, Graten und Verfärbungen. Die Neigung von TC4, Schneidwerkzeuge zu „greifen“ (was zu Oberflächenrissen führte) und hitzebedingte Verfärbungen stellten hierbei eine große Herausforderung dar. Herkömmliche Nachbearbeitungsverfahren (wie Schleifen oder Polieren) bargen das Risiko von Maßveränderungen, daher musste die Oberflächengüte bereits während der Bearbeitung erzielt werden.
Unsere maßgeschneiderte Lösung: Mehrachsige CNC-Bearbeitung + Präzisionsfertigung
Um diese Herausforderungen zu meistern, kombinierten wir fortschrittliche Bearbeitungstechnologie, Spezialwerkzeuge und strenge Prozesskontrolle – mit Fokus auf „Bearbeitungsperfektion“ statt auf nachträgliche Korrekturen:
Lösung 1: 5-Achs-CNC-Bearbeitung für komplexe Geometrien
Wir setzten unsere hochpräzisen 5-Achs-CNC-Bearbeitungszentren ein, die eine simultane Steuerung aller Achsen ermöglichen. Dadurch konnten wir die gekrümmten Oberflächen, den Hohlkern und die Aussparungen des Gehäuses in einer einzigen Aufspannung bearbeiten – Ausrichtungsfehler durch häufige Werkzeugwechsel wurden somit vermieden. Die Fähigkeit des 5-Achs-Systems, den Werkstückwinkel in Echtzeit anzupassen, gewährleistete, dass jedes Merkmal mit optimaler Werkzeugausrichtung bearbeitet wurde. Dies reduzierte den Werkzeugverschleiß und verbesserte die Oberflächenqualität.
Lösung 2: Spezielle Werkzeuge und Schnittparameter für TC4
Um die Bearbeitungsherausforderungen von TC4 zu bewältigen, haben wir unsere Werkzeuge und Prozessparameter optimiert:
- Werkzeugauswahl : Wir verwendeten ultraharte Hartmetall-Schaftfräser mit TiAlN-Beschichtung – speziell für die Titanbearbeitung entwickelt. Diese Werkzeuge sind hitze- und verschleißbeständig und behalten ihre scharfen Schneidkanten länger als Standardwerkzeuge.
- Schnittparameter : Unsere Ingenieure optimierten die Spindeldrehzahl (1.500–2.000 U/min) und den Vorschub (50–80 mm/min), um ein optimales Verhältnis zwischen Materialabtrag und Wärmeabfuhr zu erzielen. Zusätzlich verwendeten wir ein Hochdruckkühlsystem, um die Späne abzutransportieren und die Werkzeug-Werkstück-Kontaktfläche zu kühlen. Dadurch wurden hitzebedingte Verfärbungen und Oberflächenrisse vermieden.
Lösung 3: Prozessbegleitende Qualitätskontrolle für makellose Ästhetik
Wir haben in jeden Bearbeitungsschritt Qualitätskontrollen integriert, um Perfektion zu gewährleisten:
- Vorbearbeitungsprüfung : Das Rohmaterial TC4 wurde mittels Ultraschallprüfung auf innere Defekte untersucht, die während der Bearbeitung zu Rissen führen könnten.
- Zwischenbearbeitungskontrollen : Nach dem Schruppen (Abtragen von 70 % des Materials) und vor der Endbearbeitung verwenden wir eine Koordinatenmessmaschine (KMM), um die Abmessungen zu überprüfen – und passen den Schnittweg gegebenenfalls an, um innerhalb der Toleranzen zu bleiben.
- Oberflächengüteüberwachung : Während des Bearbeitungsprozesses verwenden wir ein tragbares Oberflächenrauheitsmessgerät, um den Ra-Wert in Echtzeit zu überprüfen und die Werkzeuggeschwindigkeit und den Vorschub so anzupassen, dass der Zielwert von 0,4 μm eingehalten wird.
Wie wir die Titangehäuse hergestellt haben: Ein schrittweiser Arbeitsablauf
Für Konsistenz und Qualität war ein strukturierter, nachvollziehbarer Prozess erforderlich – so haben wir aus TC4-Rohmaterial makellose Gehäuse gefertigt:
- Materialvorbereitung : Zertifiziertes Titan der Güteklasse 5 (TC4) (Ti-6Al-4V) wurde als Stangenmaterial beschafft und in zylindrische Rohlinge geschnitten. Jeder Rohling wurde einer Ultraschallprüfung unterzogen, um sicherzustellen, dass er keine inneren Risse oder Verunreinigungen aufweist.
- Grobbearbeitung : Überschüssiges Material wird mit einer 5-Achs-CNC-Werkzeugmaschine abgetragen, um eine hohle Rohrstruktur zu formen. Um die Maßgenauigkeit beim Feinschliff zu gewährleisten, haben wir ein Feinschliffzugabe von 0,1 mm vorgesehen.
- Präzisionsbearbeitung : Für die Bearbeitung von Kurven, Aussparungen und des inneren Hohlkerns wurden beschichtete Hartmetall-Bearbeitungswerkzeuge eingesetzt. Zur Sicherstellung der Oberflächenqualität wurde kontinuierlich Hochdruckkühlmittel verwendet. Dieser Arbeitsschritt dauerte 2,5 Stunden pro Teil – langsam und präzise, um Fehler zu vermeiden.
- Entgraten und Polieren : Die Entgratung erfolgte manuell mit diamantbestückten Werkzeugen (um Kratzer zu vermeiden). Anschließend wurde ein präziser Poliergang mit einer Polierscheibe und einer titanverträglichen Polierpaste durchgeführt. Dadurch wurde eine Oberflächenrauheit von Ra ≤ 0,4 μm erreicht, ohne die Abmessungen zu verändern.
- Abschließende Qualitätsprüfung : Jeder Prototyp wurde einer dreistufigen Prüfung unterzogen: Maßprüfung mit Koordinatenmessmaschine (Überprüfung der Toleranz von ±0,02 mm).
- Oberflächenbeschaffenheitsprüfung mit einem Profilometer
- Sichtprüfung unter LED-Beleuchtung (um mikroskopische Kratzer oder Makel zu erkennen)
Ergebnisse: Makellose Prototypen und die Verpflichtung zur Serienproduktion
Wir lieferten die Prototypen termingerecht – und die Reaktion des Kunden ließ nicht lange auf sich warten. Sein Ingenieurteam führte umfangreiche Tests durch, darunter Maßprüfungen, Passungsprüfungen mit internen Komponenten und Oberflächenqualitätsbewertungen. Die Prototypen übertrafen die Erwartungen.
„Diese Titangehäuse sind makellos – jede Kurve ist präzise, die Oberfläche ist tadellos und sie passen perfekt zu unseren internen Komponenten. Wir haben bereits mit Titanherstellern zusammengearbeitet, aber dieses Maß an Detailgenauigkeit setzt neue Maßstäbe in der Branche. Wir sind bereit, mit der Produktion zu beginnen.“— Forschungs- und Entwicklungsleiter des Kunden
Angespornt vom Erfolg des Prototyps bestätigte der Kunde einen Auftrag für die Testproduktion von 100 Einheiten, die im Januar starten soll. Er teilte außerdem mit, dass er die Partnerschaft auf weitere komplexe Gehäuse aus Titan und Aluminium für sein Produktportfolio 2025 ausweiten möchte – wodurch aus einem Prototypenprojekt eine langfristige Zusammenarbeit wird.
Kundennutzen: Mehr als nur ein Bauteil – ein Wettbewerbsvorteil
Unsere Lösung bot einen Mehrwert, der weit über eine hochwertige Hülle hinausging:
- Markenaufwertung : Das makellose Titangehäuse wertete das Flaggschiffprodukt des Kunden auf und stärkte seine Position im Premiumsegment.
- Zeitersparnis : Durch die Lieferung produktionsfertiger Prototypen (keine Nachbearbeitungen oder Überarbeitungen erforderlich) verkürzten wir die Markteinführungszeit des Kunden um 6 Wochen.
- Risikominderung : Unsere prozessbegleitende Qualitätskontrolle eliminierte das Risiko fehlerhafter Teile – ein entscheidender Faktor bei einem so teuren Material wie TC4.
- Skalierbarkeit : Unsere 5-Achs-CNC-Anlage ist für die Skalierung von Prototypen bis hin zur Serienproduktion ausgelegt und gewährleistet so Konsistenz, wenn die Nachfrage des Kunden steigt.
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