Werkstoffe für die CNC-Bearbeitung: Arten, Eigenschaften, Anwendungsbereiche und Leitfaden zur Auswahl

Die Wahl des Materials für ein CNC-bearbeitetes Bauteil kann nahezu jeden Aspekt des Endprodukts beeinflussen – von der Festigkeit und dem Gewicht bis hin zur Bearbeitbarkeit, Oberflächenbeschaffenheit, Genauigkeit und den Kosten. Angesichts der Vielzahl verfügbarer Optionen kann die Wahl zwischen Aluminium, Edelstahl, Stahl, Messing, Kupfer, Titan, Kunststoffen und anderen Werkstoffen eine Herausforderung darstellen, insbesondere bei Sonderanfertigungen mit spezifischen Leistungsanforderungen.

Welche Materialien kann eine CNC-Maschine also bearbeiten, und wie finden Sie heraus, welches Material für Ihre Anwendung das richtige ist? In diesem Leitfaden befassen wir uns mit den gängigsten Materialien für die CNC-Bearbeitung, darunter Metalle und Kunststoffe, sowie mit deren Eigenschaften, Vorteilen, Anwendungsbereichen und zu beachtenden Aspekten bei der Bearbeitung. Außerdem erläutern wir, wie Sie anhand der Anforderungen an das Bauteil, der Betriebsbedingungen, der Leistungsanforderungen und des Budgets ein geeignetes Material auswählen können, damit Sie bei der Beschaffung maßgeschneiderter CNC-Bearbeitungsteile eine fundiertere Entscheidung treffen können.

Was sind Werkstoffe für die CNC-Bearbeitung?

CNC-Bearbeitungswerkstoffe sind die Rohstoffe, die mittels CNC-Bearbeitungsverfahren zu Bauteilen geformt werden können. Eine CNC-Maschine trägt mit computergesteuerten Schneidwerkzeugen Material von einem massiven Werkstück ab, um die gewünschte Geometrie, die Abmessungen, die Toleranzen und die Oberflächenbeschaffenheit zu erzielen.

Die Bandbreite der für die CNC-Bearbeitung geeigneten Werkstoffe ist groß. Zu den Metallen für die CNC-Bearbeitung zählen Aluminium, Edelstahl, Kohlenstoff- und legierter Stahl, Messing, Kupfer, Titan und Nickellegierungen, während auch Kunststoffe wie ABS, Nylon, POM, PEEK und PTFE häufig bearbeitet werden. Jedes Material verhält sich beim Zerspanen anders und verleiht dem fertigen Bauteil unterschiedliche Eigenschaften.

Die Materialauswahl ist daher ein wichtiger Bestandteil der CNC-Bearbeitung. Eigenschaften wie Härte, Festigkeit, Zähigkeit, Dichte, Wärmeleitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Zerspanbarkeit können sowohl den Fertigungsprozess als auch die Leistungsfähigkeit des fertigen Bauteils beeinflussen. Für die Präzisions-CNC-Bearbeitung und kundenspezifische Anwendungen muss das Material zudem mit den geforderten Toleranzen, der Oberflächenbeschaffenheit, der Betriebsumgebung und den Produktionsanforderungen kompatibel sein.

In den folgenden Abschnitten werden die wichtigsten Arten von Materialien für die CNC-Bearbeitung vorgestellt und erläutert, warum sie jeweils für unterschiedliche Anwendungen geeignet sind.

Arten von Materialien für die CNC-Bearbeitung

CNC-Bearbeitungswerkstoffe lassen sich anhand ihrer Zusammensetzung und ihrer Materialeigenschaften klassifizieren. Die beiden Hauptkategorien für CNC-bearbeitete Bauteile sind CNC-Metallwerkstoffe und CNC-Kunststoffwerkstoffe, wobei Verbundwerkstoffe und andere Spezialwerkstoffe für spezifischere Anforderungen zum Einsatz kommen. Diese Liste der CNC-Werkstoffe umfasst die gängigsten Werkstoffkategorien, die für die kundenspezifische und Präzisionsbearbeitung verwendet werden.

CNC-Bearbeitungswerkstoffe aus Metall

Metallwerkstoffe finden breite Anwendung bei Bauteilen, die Festigkeit, Steifigkeit, Verschleißfestigkeit, Maßhaltigkeit oder Beständigkeit gegenüber anspruchsvollen Betriebsbedingungen erfordern. Zu den gängigen Werkstoffgruppen zählen Aluminiumlegierungen, rostfreie Stähle, Kohlenstoff- und legierte Stähle, Kupferlegierungen, Titanlegierungen und Legierungen auf Nickelbasis.

Verschiedene Metallgüten können sich bei der Bearbeitung und im Einsatz sehr unterschiedlich verhalten. So können beispielsweise zwei Aluminiumlegierungen unterschiedliche Festigkeiten und Bearbeitbarkeit aufweisen, während verschiedene Edelstahlgüten unterschiedliche Korrosionsbeständigkeit und Zerspanungsleistung bieten können.

CNC-Kunststoffwerkstoffe

Kunststoffe werden häufig dann gewählt, wenn geringes Gewicht, elektrische Isolierung, chemische Beständigkeit, geringe Reibung oder bestimmte Maßanforderungen wichtiger sind als die Festigkeit und Steifigkeit, die typischerweise mit Metallen verbunden sind.

Zu den für die CNC-Bearbeitung verwendeten technischen Kunststoffen zählen Thermoplaste mit unterschiedlichen Werten hinsichtlich Festigkeit, Temperaturbeständigkeit, Chemikalienbeständigkeit und Bearbeitbarkeit. Aufgrund ihrer relativ geringen Wärmeleitfähigkeit und Steifigkeit müssen die Bearbeitungsbedingungen zudem sorgfältig berücksichtigt werden.

Verbundwerkstoffe und Spezialwerkstoffe

Verbundwerkstoffe und Spezialwerkstoffe kommen zum Einsatz, wenn ein Bauteil eine bestimmte Kombination von Eigenschaften erfordert, die herkömmliche Metalle oder Kunststoffe nicht bieten können. So weisen beispielsweise Verbundwerkstoffe aus Kohlefaser und Glasfaser ein hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis auf, während bestimmte Hochleistungswerkstoffe für extreme thermische, chemische oder mechanische Bedingungen ausgelegt sind.

Die Wahl zwischen diesen Werkstoffklassen hängt von den Anforderungen an das fertige Bauteil ab. Bei der Auswahl von Werkstoffen für die kundenspezifische CNC-Bearbeitung sollte ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Leistung, Bearbeitbarkeit, Anwendungsanforderungen und Kosten berücksichtigt werden und nicht nur die Art des Werkstoffs allein.

Welche Materialien kann eine CNC-Maschine schneiden?

CNC-Maschinen können eine Vielzahl von Werkstoffen bearbeiten, wobei Metalle und technische Kunststoffe zu den am häufigsten verwendeten gehören. Welcher Werkstoff bearbeitet werden kann, hängt von seinen Eigenschaften, der Geometrie des Bauteils sowie den verfügbaren Werkzeugen und Bearbeitungsmöglichkeiten ab.

CNC-Bearbeitungswerkstoffe aus Metall

Zu den gängigen CNC-Bearbeitungswerkstoffen aus Metall gehören:

• Aluminium – leicht, korrosionsbeständig und sehr gut bearbeitbar
• Edelstahl – robust, langlebig und korrosionsbeständig
• Kohlenstoffstahl und legierter Stahl – geeignet für Anwendungen, bei denen Festigkeit und Verschleißfestigkeit gefragt sind
• Messing – lässt sich leicht bearbeiten und wird häufig für mechanische und elektrische Bauteile verwendet
• Kupfer – hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit
• Titan – hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis und hervorragende Korrosionsbeständigkeit
• Nickellegierungen – geeignet für Hochtemperatur- und anspruchsvolle Anwendungen
• Werkzeugstahl – hohe Härte und Verschleißfestigkeit

CNC-Kunststoffwerkstoffe

Zu den gängigen CNC-Kunststoffwerkstoffen gehören:

• ABS
• Nylon
• POM (Delrin)
• PEEK
• PTFE
• Polycarbonat
• UHMW-PE

CNC-Werkstoffe aus Verbundwerkstoffen und Spezialwerkstoffen

Die CNC-Bearbeitung kann auch für bestimmte Verbundwerkstoffe und Spezialwerkstoffe wie Kohlefaser- und Glasfaserverbundwerkstoffe eingesetzt werden. Diese Werkstoffe zeichnen sich durch hohe Festigkeit oder geringes Gewicht aus, erfordern jedoch aufgrund ihrer Struktur unter Umständen spezielle Werkzeuge und Bearbeitungsstrategien.

Die Eignung eines Werkstoffs hängt nicht nur davon ab, ob er mit einer CNC-Maschine bearbeitet werden kann. Auch die Härte, Zähigkeit, thermischen Eigenschaften, Spanbildung, Kaltverfestigung sowie die erforderliche Geometrie des Bauteils können die Bearbeitungsleistung beeinflussen. Aus diesem Grund sollte die Werkstoffauswahl unter Berücksichtigung der funktionalen und fertigungstechnischen Anforderungen des Bauteils erfolgen.

Materialeigenschaften bei der CNC-Bearbeitung

Die Werkstoffeigenschaften beeinflussen sowohl das Verhalten eines Werkstücks während der Bearbeitung als auch die Leistungsfähigkeit des fertigen Bauteils. Zu den wichtigsten zu berücksichtigenden Eigenschaften zählen:

• Härte: Beeinflusst die Schnittkraft, den Werkzeugverschleiß und die Verschleißfestigkeit.
• Stärke: Legt fest, welchen Belastungen ein fertiges Bauteil standhalten kann.
• Zähigkeit: Zeigt Schlagfestigkeit und Bruchfestigkeit an.
• Duktilität: Beeinflusst die Spanbildung, die Gratenbildung und die Verformung während der Bearbeitung.
• Dichte: Ermittelt das Gewicht der Bauteile und ist für die Leichtbauweise von Bedeutung.
• Wärmeleitfähigkeit: Beeinflusst die Wärmeübertragung während der Bearbeitung.
• Korrosionsbeständigkeit: Ermittelt die Eignung für feuchte, chemikalienhaltige und korrosive Umgebungen.
• Temperaturbeständigkeit: Wichtig für Bauteile, die hohen oder niedrigen Temperaturen ausgesetzt sind.
• Bearbeitbarkeit: Beeinflusst die Schneidleistung, die Standzeit, die Oberflächengüte, die Bearbeitungszeit und die Kosten.

Das richtige Material für die CNC-Bearbeitung sollte die für das fertige Bauteil erforderliche Kombination aus mechanischen Eigenschaften, Umweltbeständigkeit und Bearbeitbarkeit bieten.

Wie wählt man das richtige Material für die CNC-Bearbeitung aus?

Die Auswahl des richtigen CNC-Werkstoffs richtet sich in erster Linie nach den Anforderungen an das fertige Bauteil und nicht allein nach dem Bearbeitungsverfahren. Berücksichtigen Sie dabei die folgenden Faktoren:

1. Teilantrag

Ermitteln Sie, wie und wo das Bauteil eingesetzt wird, einschließlich seiner Belastung, der Betriebsumgebung und der Lebensdauer.

2. Mechanische Anforderungen

Berücksichtigen Sie Festigkeit, Härte, Zähigkeit, Verschleißfestigkeit und andere für die Anwendung erforderliche Eigenschaften.

3. Umgebungsbedingungen

Temperatur, Feuchtigkeit, Chemikalien, Korrosion und Witterungseinflüsse können die Materialauswahl beeinflussen.

4. Gewicht

Bei Anwendungen, bei denen das Gewicht eine Rolle spielt, sind Werkstoffe wie Aluminium, Titan oder technische Kunststoffe unter Umständen gegenüber Stahl vorzuziehen.

5. Bearbeitbarkeit

Werkstoffe mit besserer Zerspanbarkeit ermöglichen in der Regel kürzere Bearbeitungszeiten, eine längere Standzeit der Werkzeuge und eine gleichmäßigere Oberflächenqualität.

6. Oberflächenbearbeitung und Nachbearbeitung

Prüfen Sie, ob das Material mit der gewünschten Oberflächenbehandlung kompatibel ist, beispielsweise Eloxieren, Passivieren, Galvanisieren, Lackieren oder Wärmebehandlung.

7. Kosten und Verfügbarkeit

Materialpreis, Verfügbarkeit, Materialabmessungen, Bearbeitungsaufwand und Produktionsmenge können sich alle auf die Gesamtkosten auswirken.

Für die kundenspezifische CNC-Bearbeitung ist das beste Material dasjenige, das die erforderliche Leistungsfähigkeit bietet und gleichzeitig gut bearbeitbar sowie wirtschaftlich für das Projekt geeignet ist.

Wie sich die für die CNC-Bearbeitung verwendeten Werkstoffe auf die Fertigung auswirken

Die Wahl des Werkstoffs für ein CNC-bearbeitetes Bauteil kann sich auf die Bearbeitungseffizienz, die Werkzeugauswahl, die Genauigkeit, die Oberflächengüte und die Gesamtproduktionskosten auswirken. Werkstoffe mit unterschiedlicher Härte, Zähigkeit, thermischen Eigenschaften und Zerspanbarkeit erfordern unterschiedliche Bearbeitungsbedingungen.

• Bearbeitungszeit: Werkstoffe mit geringerer Zerspanbarkeit erfordern unter Umständen niedrigere Schnittgeschwindigkeiten und einen höheren Zeitaufwand bei der Bearbeitung.
• Werkzeugverschleiß: Harte oder abrasive Werkstoffe können den Werkzeugverschleiß erhöhen und erfordern den Einsatz geeigneter Werkzeuge.
• Oberflächenbeschaffenheit: Die Materialeigenschaften können sich auf die erzielbare Oberflächenqualität und die Anforderungen an die Oberflächenbearbeitung auswirken.
• Maßgenauigkeit: Wärmeausdehnung, Verformung und Materialstabilität können die Maßhaltigkeit beeinflussen.
• Herstellungskosten: Materialkosten, Bearbeitungszeit, Werkzeugverschleiß und Materialabfall können sich alle auf die Endkosten auswirken.

Für Maßgeschneiderte CNC-Bearbeitung, wenn man diese Faktoren gemeinsam betrachtet, lässt sich ein Gleichgewicht zwischen Werkstoffleistung, Bearbeitungseffizienz, Qualität und Kosten herstellen.

CNC-Bearbeitungswerkstoffe nach Anwendungsbereich

Verschiedene Branchen stellen unterschiedliche Anforderungen an Festigkeit, Gewicht, Korrosionsbeständigkeit, Temperaturbeständigkeit und andere Werkstoffeigenschaften. Daher ist das am besten geeignete Werkstoffe für die CNC-Bearbeitung kann je nach Anwendung variieren.

Luft- und Raumfahrt

Aluminium, Titan, Edelstahl und Nickellegierungen kommen häufig bei Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt zum Einsatz, die eine hohe Festigkeit, ein geringes Gewicht, Korrosionsbeständigkeit oder Temperaturbeständigkeit erfordern.

Automobilindustrie

Aluminium, Stahl, Edelstahl, Messing, Kupfer und technische Kunststoffe werden je nach den konstruktiven, mechanischen und umweltbezogenen Anforderungen für verschiedene Automobilkomponenten verwendet.

Medizin

Edelstahl, Titan, PEEK und andere technische Kunststoffe werden häufig für Bauteile ausgewählt, bei denen Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit, Biokompatibilität oder chemische Beständigkeit gefragt sind.

Robotik

Aluminium, Stahl, Edelstahl und technische Kunststoffe können für Roboterkomponenten verwendet werden, bei denen Gewicht, Steifigkeit, Verschleißfestigkeit und Maßgenauigkeit eine wichtige Rolle spielen.

Elektronik

Aluminium, Kupfer, Messing und Kunststoffe werden häufig für Gehäuse, Steckverbinder, wärmebeaufschlagte Bauteile und andere elektronische Anwendungen verwendet.

Industrieausrüstung

Stahl, Edelstahl, Aluminium, Messing und Speziallegierungen werden für Industriekomponenten verwendet, die mechanischen Belastungen, Verschleiß, Chemikalien oder anspruchsvollen Betriebsbedingungen ausgesetzt sind.

Welches Material das richtige ist, hängt letztendlich von dem jeweiligen Bauteil und dessen Betriebsanforderungen ab. Ein Material, das in einer Branche häufig verwendet wird, ist nicht unbedingt für jede Anwendung die beste Wahl.

Spezifikationen und Normen für Werkstoffe in der CNC-Bearbeitung

Bei der Auswahl eines Materials für die CNC-Bearbeitung geht es um mehr als nur die Bestimmung einer allgemeinen Materialart. Die jeweilige Güteklasse, der Härtegrad, der Zustand und die geltende Norm können die Eigenschaften des Materials, seine Bearbeitbarkeit und seine Eignung für das fertige Bauteil beeinflussen.

Werkstoffgüten

Werkstoffsorten kennzeichnen bestimmte Zusammensetzungen und Leistungsmerkmale innerhalb einer Werkstofffamilie. So weisen beispielsweise die Aluminiumlegierungen 6061-T6 und 7075-T6 unterschiedliche Festigkeits- und Anwendungseigenschaften auf, während die Edelstahlsorten 303, 304 und 316 unterschiedliche Kombinationen aus Bearbeitbarkeit und Korrosionsbeständigkeit bieten.

Materialnormen

Zu den gängigen Normen und Klassifizierungssystemen gehören:

• ASTM – Materialspezifikationen und Prüfnormen
• AISI – Bezeichnungen für Stähle und Legierungen
• ISO – Internationale Material- und Fertigungsnormen
• UNS – Einheitliches Nummerierungssystem zur Kennzeichnung von Legierungen

Materialzertifizierung

Bei Sonderanfertigungen und Präzisionsbauteilen benötigen Kunden unter Umständen Unterlagen, aus denen hervorgeht, dass das gelieferte Material der angegebenen Güteklasse und den festgelegten Anforderungen entspricht. Je nach Projekt kann dies Materialzertifikate, Angaben zur Schmelze oder Charge sowie die Rückverfolgbarkeit des Materials umfassen.

Bei der Beauftragung einer kundenspezifischen CNC-Bearbeitung trägt die Angabe der genauen Werkstoffsorte und des genauen Werkstoffzustands dazu bei, sicherzustellen, dass der ausgewählte Werkstoff die erforderlichen Leistungs- und Fertigungsspezifikationen erfüllt.

CNC-Bearbeitungswerkstoffe für verschiedene Bearbeitungsverfahren

Verschiedene CNC-Bearbeitungsverfahren können unterschiedliche Anforderungen an das Werkstück stellen und erfordern unter Umständen unterschiedliche Werkzeuge und Bearbeitungsstrategien. Zwar lassen sich viele Werkstoffe mit mehreren Verfahren bearbeiten, doch hängt die am besten geeignete Option von den Werkstoffeigenschaften, der Bauteilgeometrie, den Toleranzen und den Bearbeitungsanforderungen ab.

Werkstoffe für die CNC-Fräsbearbeitung

Mit der CNC-Fräsbearbeitung lässt sich eine breite Palette an Metallen, Kunststoffen und Spezialwerkstoffen bearbeiten. Aluminium, Edelstahl, Stahl, Messing, Titan und technische Kunststoffe werden häufig für gefräste Bauteile verwendet.

Werkstoffe für die CNC-Drehbearbeitung

Das CNC-Drehen wird häufig für zylindrische Bauteile aus Werkstoffen wie Aluminium, Edelstahl, Stahl, Messing, Kupfer, Titan und technischen Kunststoffen eingesetzt.

Materialien für die CNC-Bearbeitung in der Schweiz

Die CNC-Bearbeitung in der Schweiz eignet sich für kleine, schlanke und hochpräzise Bauteile. Je nach Größe, Geometrie und Anforderungen des Bauteils können Aluminium, Messing, Edelstahl, Titan und technische Kunststoffe bearbeitet werden.

Werkstoffe für die 5-Achs-CNC-Bearbeitung

Bei der 5-Achs-CNC-Bearbeitung können viele der gleichen Werkstoffarten verarbeitet werden wie beim herkömmlichen Fräsen. Die Werkstoffauswahl hängt in erster Linie von den mechanischen Eigenschaften, der Geometrie, den Toleranzen und den Anwendungsanforderungen des Bauteils ab.

Individuelle Materialauswahl für die CNC-Bearbeitung

Die Wahl des richtigen Materials ist ein wichtiger Schritt bei der Herstellung zuverlässiger und funktionaler Bauteile. Bei Xtmade arbeiten wir mit einer breiten Palette an Metallen, Kunststoffen und Spezialwerkstoffen für Maßgeschneiderte CNC-Bearbeitung. Unser Team kann Ihre Anforderungen an die Bauteile prüfen und Ihnen dabei helfen, ein geeignetes Material zu finden, das auf den Einsatzzweck, die Leistungsanforderungen, die Toleranzen, die Stückzahl und die Produktionsanforderungen des Bauteils abgestimmt ist.

Ganz gleich, ob Sie einen Prototyp oder Serienbauteile benötigen – Sie können uns Ihre Zeichnung oder 3D-CAD-Datei zusammen mit der gewünschten Materialgüte und den Spezifikationen zur Verfügung stellen. Wir prüfen das Projekt und unterbreiten Ihnen auf der Grundlage Ihrer Anforderungen eine passende Fertigungslösung.

Häufig gestellte Fragen zu Werkstoffen für die CNC-Bearbeitung