CNC-Werkstoffeigenschaften: Wesentliche Merkmale für die CNC-Bearbeitung

Die Leistungsfähigkeit von CNC-gefertigten Bauteilen hängt nicht nur von ihrer Geometrie und Maßgenauigkeit ab, sondern auch von den Eigenschaften des zu bearbeitenden Werkstoffs. Verschiedene Werkstoffe reagieren unterschiedlich auf Schnittkräfte, Wärme, Werkzeugkontakt und Bearbeitungsprozesse, und ihre Eigenschaften bestimmen die Leistungsfähigkeit des fertigen Bauteils in seiner Einsatzumgebung.

Zu den wichtigsten Materialeigenschaften bei der CNC-Bearbeitung zählen mechanische Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Streckgrenze, Härte, Zähigkeit und Duktilität sowie thermische, physikalische, chemische und bearbeitungsbezogene Eigenschaften. Das Verständnis dieser Eigenschaften hilft Ingenieuren dabei, das Verhalten des Werkstoffs während der CNC-Bearbeitung einzuschätzen und zu beurteilen, wie sich diese Eigenschaften auf den Werkzeugverschleiß, die Oberflächengüte, die Maßhaltigkeit, die Bearbeitungseffizienz und die Leistungsfähigkeit des fertigen Bauteils auswirken.

In diesem Leitfaden werden die wichtigsten Materialeigenschaften für die CNC-Bearbeitung, die Bedeutung der einzelnen Eigenschaften sowie deren Auswirkungen auf den Bearbeitungsprozess und die Leistungsfähigkeit von CNC-bearbeiteten Bauteilen erläutert.

Welche Materialeigenschaften sind bei der CNC-Bearbeitung zu beachten?

Die Werkstoffeigenschaften bei der CNC-Bearbeitung beziehen sich auf die physikalischen, mechanischen, thermischen, chemischen und zerspanungstechnischen Eigenschaften, die das Verhalten eines Werkstoffs während der Bearbeitung und die Leistungsfähigkeit des fertigen Bauteils bestimmen. Diese Eigenschaften variieren erheblich zwischen verschiedenen Werkstoffen und sogar zwischen verschiedenen Güteklassen oder Legierungen innerhalb derselben Werkstofffamilie.

Bei der CNC-Bearbeitung reichen die Auswirkungen der Werkstoffeigenschaften weit über die endgültige Festigkeit oder Haltbarkeit des Bauteils hinaus. Härte und Zähigkeit beeinflussen die Schnittkräfte und den Werkzeugverschleiß, während Duktilität und Werkstoffstruktur die Spanbildung und die Oberflächengüte beeinflussen. Auch die Wärmeleitfähigkeit und der Wärmeausdehnungskoeffizient wirken sich auf die Wärmeableitung und die Maßhaltigkeit bei der Präzisionsbearbeitung aus.

Das Verständnis dieser Eigenschaften ist von grundlegender Bedeutung für die Bewertung des Verhaltens bei der CNC-Bearbeitung und der Leistungsfähigkeit der fertigen Bauteile. Die relevantesten Eigenschaften lassen sich im Allgemeinen in mechanische Eigenschaften, physikalische Eigenschaften, thermische Eigenschaften, chemische und umweltbezogene Eigenschaften sowie Eigenschaften hinsichtlich der Bearbeitbarkeit einteilen.

Mechanische Eigenschaften von CNC-Werkstoffen

Mechanische Eigenschaften beschreiben, wie ein Werkstoff auf äußere Kräfte und Belastungen reagiert. Bei CNC-gefertigten Bauteilen stehen diese Eigenschaften in engem Zusammenhang mit der Festigkeit, der Verformbarkeit, der Schlagzähigkeit und der Lebensdauer. Sie beeinflussen zudem das Bearbeitungsverhalten, insbesondere die Schnittkräfte, den Werkzeugverschleiß und den Materialabtrag.

Zu den wichtigsten mechanischen Eigenschaften von CNC-Werkstoffen zählen Zugfestigkeit, Streckgrenze, Härte, Zähigkeit, Duktilität, Steifigkeit und Verschleißfestigkeit. Jede dieser Eigenschaften beschreibt einen anderen Aspekt des Werkstoffverhaltens, sodass beispielsweise ein Werkstoff mit hoher Festigkeit nicht zwangsläufig auch eine hohe Härte oder gute Zerspanbarkeit aufweist.

Zugfestigkeit

Die Zugfestigkeit ist die maximale Spannung, der ein Werkstoff beim Dehnen standhalten kann, bevor er bricht. Sie wird üblicherweise als Maß für die Belastbarkeit eines Werkstoffs unter Zugbeanspruchung herangezogen.

Bei CNC-gefertigten Bauteilen ist die Zugfestigkeit von Bedeutung, wenn die Teile im Betrieb Zugkräften oder anderen Zugbelastungen ausgesetzt sind. Werkstoffe mit höherer Zugfestigkeit können im Allgemeinen größeren Belastungen standhalten, bevor sie versagen, wobei die tatsächliche Leistungsfähigkeit des Bauteils auch von der Geometrie, den Belastungsbedingungen und anderen Werkstoffeigenschaften abhängt.

Streckgrenze

Die Streckgrenze ist die Spannung, bei der ein Werkstoff eine bleibende plastische Verformung zu zeigen beginnt. Unterhalb dieser Grenze kehrt ein Werkstoff im Allgemeinen in seine ursprüngliche Form zurück, wenn die Belastung aufgehoben wird; oberhalb dieser Grenze kann es zu einer bleibenden Verformung kommen.

Diese Eigenschaft ist besonders relevant für Präzisionsbauteile, die ihre vorgesehenen Abmessungen unter Belastung beibehalten müssen. Ein CNC-gefertigtes Bauteil kann bei der Herstellung zwar eine hervorragende Maßgenauigkeit aufweisen, sich aber dennoch im Einsatz verformen, wenn die Streckgrenze des Werkstoffs für die auftretende Belastung nicht ausreicht.

Härte

Die Härte gibt die Widerstandsfähigkeit eines Werkstoffs gegen lokale Verformungen wie Eindrücke, Kratzer oder Eindringen an. Sie steht zudem in engem Zusammenhang mit der Verschleißfestigkeit und dem Bearbeitungsverhalten.

Bei der CNC-Bearbeitung erfordern härtere Werkstoffe in der Regel höhere Schnittkräfte und können zu einem schnelleren Werkzeugverschleiß führen. Die Härte kann jedoch auch zu einer besseren Beständigkeit des fertigen Bauteils gegen Oberflächenbeschädigungen und Verschleiß beitragen. Der Zusammenhang zwischen Härte und Zerspanbarkeit muss daher zusammen mit anderen Werkstoffeigenschaften berücksichtigt werden.

Zähheit

Die Zähigkeit beschreibt die Fähigkeit eines Werkstoffs, Energie aufzunehmen und einem Bruch standzuhalten, bevor er bricht. Ein zäher Werkstoff kann Stößen oder plötzlichen Belastungen standhalten, ohne leicht zu brechen.

Bei CNC-gefertigten Bauteilen, die Stößen, Vibrationen oder schwankenden Belastungen ausgesetzt sind, kann die Zähigkeit ein wichtiges Leistungsmerkmal sein. Zähigkeit sollte nicht mit Härte verwechselt werden: Ein Werkstoff kann hart sein, ohne besonders zäh zu sein.

Duktilität

Duktilität ist die Fähigkeit eines Werkstoffs, sich vor dem Bruch plastisch zu verformen. Werkstoffe mit hoher Duktilität können sich im Allgemeinen erheblich verformen, bevor sie brechen, während spröde Werkstoffe bereits bei relativ geringer plastischer Verformung zum Bruch neigen.

Die Duktilität kann sich ebenfalls auf das Bearbeitungsverhalten bei der CNC-Bearbeitung auswirken. Hochduktile Werkstoffe können durchgehende Späne bilden und stellen mitunter eine Herausforderung hinsichtlich der Spanabfuhr und der Oberflächengüte dar. Spröde Werkstoffe neigen dazu, kürzere Späne zu bilden, sind jedoch unter bestimmten Bearbeitungsbedingungen anfälliger für Ausbrüche oder Brüche.

Steifigkeit und Elastizitätsmodul

Die Steifigkeit beschreibt den Widerstand eines Werkstoffs gegen elastische Verformung, während der Elastizitätsmodul (Young-Modul) seinen Widerstand gegen Verformung unter einer aufgebrachten Belastung quantifiziert.

Die Steifigkeit ist besonders wichtig bei dünnwandigen, leichten und präzisen CNC-Bauteilen. Ein Werkstoff mit relativ geringer Steifigkeit kann sich unter Bearbeitungskräften oder Betriebsbelastungen durchbiegen, was sich möglicherweise auf die Maßgenauigkeit und die Stabilität des Bauteils auswirkt, selbst wenn seine Festigkeit ausreichend ist.

Verschleißfestigkeit

Verschleißfestigkeit ist die Fähigkeit eines Werkstoffs, einem allmählichen Materialverlust durch Reibung, Kontakt, Abrieb oder wiederholte mechanische Einwirkung standzuhalten.

Bei CNC-gefertigten Bauteilen, die sich an anderen Oberflächen entlangbewegen oder wiederholt mit diesen in Kontakt kommen, kann die Verschleißfestigkeit die Lebensdauer direkt beeinflussen. Obwohl die Härte häufig zur Verschleißfestigkeit beiträgt, sind die beiden Eigenschaften nicht identisch; das Verschleißverhalten kann auch von der Materialstruktur, dem Oberflächenzustand, der Schmierung und der jeweiligen Art des Verschleißes abhängen.

Thermische Eigenschaften von CNC-Werkstoffen

Thermische Eigenschaften beschreiben, wie ein Werkstoff auf Wärme und Temperaturänderungen reagiert. Sie spielen bei der CNC-Bearbeitung eine wichtige Rolle, da beim Zerspanen Wärme entsteht und Temperaturschwankungen die Standzeit der Werkzeuge, die Bearbeitungsstabilität, die Maßgenauigkeit und die Leistungsfähigkeit des fertigen Bauteils beeinflussen können.

Wärmeleitfähigkeit

Wärmeleitfähigkeit beschreibt, wie effizient ein Material Wärme überträgt. Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit können Wärme schneller ableiten, während Materialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit dazu neigen, Wärme an bestimmten Stellen zu speichern.

Bei der CNC-Bearbeitung beeinflusst die Wärmeleitfähigkeit die Verteilung der Schnittwärme zwischen Werkstück, Schneidwerkzeug und Kühlmittel. Sie kann daher die Schnitttemperaturen, den Werkzeugverschleiß und die Bearbeitungsstabilität beeinflussen. Auch beim fertigen Bauteil ist eine hohe Wärmeleitfähigkeit von Vorteil für Anwendungen, die eine effiziente Wärmeableitung erfordern, wie beispielsweise Komponenten für das Wärmemanagement.

Wärmeausdehnungskoeffizient

Der Wärmeausdehnungskoeffizient gibt an, um wie viel sich die Größe eines Materials bei Temperaturänderungen verändert. Materialien mit einem höheren Koeffizienten dehnen sich stärker aus und ziehen sich stärker zusammen, wenn sie Temperaturschwankungen ausgesetzt sind.

Diese Eigenschaft ist besonders wichtig für die Präzisions-CNC-Bearbeitung. Durch die bei der Bearbeitung entstehende Wärme oder durch Schwankungen der Umgebungstemperatur kann sich das Werkstück ausdehnen oder zusammenziehen, was sich möglicherweise auf Maßangaben und enge Toleranzen auswirkt. Die Wärmeausdehnung spielt auch dann eine wichtige Rolle, wenn ein bearbeitetes Bauteil während des Betriebs seine Maßhaltigkeit beibehalten muss.

Hitzebeständigkeit

Unter Hitzebeständigkeit versteht man die Fähigkeit eines Werkstoffs, seine mechanischen und physikalischen Eigenschaften beizubehalten, wenn er erhöhten Temperaturen ausgesetzt ist.

Bei CNC-gefertigten Bauteilen, die in Hochtemperaturumgebungen eingesetzt werden, kann die Hitzebeständigkeit die Festigkeit, Härte, Maßhaltigkeit und Lebensdauer beeinflussen. Werkstoffe, die bei Raumtemperatur gute Eigenschaften aufweisen, können sich anders verhalten, wenn sie dauerhaft erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind.

Thermische Stabilität

Die thermische Stabilität beschreibt, wie gut ein Material seine Struktur und Eigenschaften beibehält, wenn es Temperaturschwankungen ausgesetzt ist.

Wiederholtes Erwärmen und Abkühlen kann zu thermischer Ausdehnung, Schrumpfung oder Veränderungen der Materialeigenschaften führen. Bei präzisen und leistungsstarken CNC-Bauteilen kann eine gute thermische Stabilität dazu beitragen, dass die Abmessungen und die Leistungsfähigkeit während thermischer Zyklen konstant bleiben.

Chemische und umweltbezogene Eigenschaften von CNC-Werkstoffen

Die chemischen und umweltbezogenen Eigenschaften bestimmen, wie ein Werkstoff auf Feuchtigkeit, Chemikalien, Oxidation und andere Bedingungen reagiert, denen er während der Bearbeitung oder im Einsatz ausgesetzt ist. Diese Eigenschaften sind besonders wichtig, wenn CNC-bearbeitete Teile korrosiven oder chemisch anspruchsvollen Umgebungen ausgesetzt sind.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosionsbeständigkeit ist die Fähigkeit eines Werkstoffs, einer durch Reaktionen mit seiner Umgebung – wie Feuchtigkeit, Sauerstoff, Salze oder korrosive Substanzen – verursachten Zersetzung zu widerstehen.

Bei CNC-gefertigten Bauteilen kann eine gute Korrosionsbeständigkeit dazu beitragen, den Oberflächenzustand, die Maßhaltigkeit und die Lebensdauer auch bei längerer Einwirkung anspruchsvoller Umgebungsbedingungen zu erhalten. Edelstähle, Titan und bestimmte Aluminiumlegierungen werden häufig wegen ihrer Korrosionsbeständigkeit geschätzt.

Chemikalienbeständigkeit

Unter Chemikalienbeständigkeit versteht man die Fähigkeit eines Werkstoffs, dem Kontakt mit Chemikalien standzuhalten, ohne dass es dabei zu nennenswerten Zersetzungen, Quellungen, Erweichungen, Rissbildungen oder Einbußen bei der mechanischen Leistungsfähigkeit kommt.

Diese Eigenschaft kann bei bearbeiteten Bauteilen von Bedeutung sein, die in Umgebungen mit Ölen, Lösungsmitteln, Säuren, Laugen, Kraftstoffen oder anderen Chemikalien zum Einsatz kommen. Die tatsächliche Beständigkeit hängt von der jeweiligen Werkstoffsorte sowie von Art, Konzentration, Temperatur und Dauer der chemischen Einwirkung ab.

Oxidationsbeständigkeit

Unter Oxidationsbeständigkeit versteht man die Fähigkeit eines Werkstoffs, chemischen Reaktionen mit Sauerstoff standzuhalten, insbesondere bei erhöhten Temperaturen.

Oxidation kann die Oberfläche eines Werkstoffs verändern und im Laufe der Zeit dessen Aussehen, Abmessungen oder Leistungsfähigkeit beeinträchtigen. Werkstoffe mit guter Oxidationsbeständigkeit eignen sich besser für Anwendungen, bei denen hohe Temperaturen herrschen oder eine längere Einwirkung von Luft und anderen oxidierenden Umgebungen auftritt.

Bearbeitbarkeit von CNC-Werkstoffen

Die Bearbeitbarkeit beschreibt, wie leicht sich ein Werkstoff mithilfe von Bearbeitungsverfahren wie Fräsen, Drehen, Bohren und Ausbohren schneiden und formen lässt. Im Gegensatz zu Festigkeit oder Härte steht die Bearbeitbarkeit in direktem Zusammenhang mit dem Verhalten eines Werkstoffs während des Zerspanungsprozesses.

Werkstoffe mit guter Zerspanbarkeit ermöglichen in der Regel einen effizienten Materialabtrag, eine längere Standzeit der Werkzeuge, einen stabilen Zerspanungsprozess und eine gute Oberflächengüte. Werkstoffe mit schlechter Zerspanbarkeit erfordern unter Umständen niedrigere Schnittgeschwindigkeiten, Spezialwerkzeuge, genauer kontrollierte Schnittparameter oder einen höheren Zeitaufwand bei der Bearbeitung.

Faktoren, die die Bearbeitbarkeit beeinflussen

Die Zerspanbarkeit wird durch verschiedene Werkstoffeigenschaften beeinflusst, darunter Härte, Zähigkeit, Duktilität, Wärmeleitfähigkeit, Kaltverfestigungsverhalten und Mikrostruktur.

So kann beispielsweise eine zu hohe Härte die Schnittkräfte und den Werkzeugverschleiß erhöhen, während hochduktile Werkstoffe lange, durchgehende Späne erzeugen können, die schwieriger zu kontrollieren sind. Werkstoffe mit geringer Wärmeleitfähigkeit können zudem mehr Wärme in der Nähe der Schnittzone speichern, was den Werkzeugverschleiß erhöhen und die Bearbeitungsstabilität beeinträchtigen kann.

Zerspanbarkeit und Standzeit

Die Zerspanbarkeit eines Werkstoffs wirkt sich direkt auf die Standzeit der Schneidwerkzeuge aus. Abrasive, harte oder sich verfestigende Werkstoffe können den Verschleiß der Schneidkanten beschleunigen, während Werkstoffe, die sich leichter bearbeiten lassen, in der Regel dafür sorgen, dass die Werkzeuge länger ihre Leistungsfähigkeit behalten.

Der Werkzeugverschleiß kann sich nach und nach auf die Maßgenauigkeit und die Oberflächengüte auswirken, weshalb die Zerspanbarkeit ein wichtiger Faktor für eine gleichbleibende CNC-Fertigung ist.

Bearbeitbarkeit und Oberflächengüte

Das Materialverhalten während der Zerspanung wirkt sich ebenfalls auf die resultierende Oberflächengüte aus. Faktoren wie Spanbildung, Materialduktilität, Aufbauschneide und Schnittwiderstand können die Qualität der bearbeiteten Oberfläche beeinflussen.

Ein Werkstoff mit günstigen Zerspanungseigenschaften ermöglicht in der Regel einen stabileren Zerspanungsprozess und eine gleichmäßigere Oberflächengüte, wenn geeignete Werkzeuge und Schnittparameter verwendet werden.

Physikalische Eigenschaften von CNC-Werkstoffen

Physikalische Eigenschaften beschreiben Merkmale, die gemessen werden können, ohne die chemische Zusammensetzung des Werkstoffs zu verändern. Bei der CNC-Bearbeitung können diese Eigenschaften das Gewicht des Werkstücks, die Wärmeübertragung, die elektrischen Eigenschaften und das Maßverhalten beeinflussen.

Dichte und Gewicht

Die Dichte ist die Masse eines Werkstoffs pro Volumeneinheit. Sie wirkt sich direkt auf das Gewicht eines CNC-gefertigten Teils aus, das aus einem bestimmten Materialvolumen hergestellt wurde.

Aus Werkstoffen mit geringerer Dichte lassen sich leichte Bauteile herstellen, während Werkstoffe mit höherer Dichte zu schwereren Bauteilen gleicher Größe führen. Diese Eigenschaft ist besonders dann von Bedeutung, wenn das Gewicht der Bauteile, die Trägheit oder die Gesamtmasse des Systems wichtige Konstruktionsparameter sind.

Elektrische Leitfähigkeit

Die elektrische Leitfähigkeit beschreibt, wie leicht ein Material den Durchfluss von elektrischem Strom zulässt.

Diese Eigenschaft ist wichtig für CNC-gefertigte Bauteile, die Strom leiten, elektrische Energie ableiten oder einen zuverlässigen elektrischen Kontakt gewährleisten müssen. Kupfer und Aluminium beispielsweise weisen eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf und werden häufig dort eingesetzt, wo elektrische Leistungsfähigkeit gefragt ist.

Die elektrische Leitfähigkeit kann zudem je nach Materialgüte und Zustand erheblich variieren; daher sollte die jeweilige Materialspezifikation berücksichtigt werden, anstatt sich ausschließlich auf die allgemeine Materialkategorie zu stützen.

Materialzusammensetzung und Mikrostruktur

Die Zusammensetzung und der innere Aufbau eines Werkstoffs können dessen Verhalten bei der CNC-Bearbeitung erheblich beeinflussen. Zwei Werkstoffe können zwar zur selben allgemeinen Werkstofffamilie gehören, sich jedoch aufgrund von Unterschieden in der Legierungszusammensetzung, den Verunreinigungen, der Wärmebehandlung, der Kornstruktur und der Mikrostruktur unterschiedlich bearbeiten lassen.

Legierungszusammensetzung

Unter der Legierungszusammensetzung versteht man die Art und den Anteil der in einem Werkstoff enthaltenen Elemente. Durch die Zugabe von Elementen wie Chrom, Nickel, Molybdän oder Kohlenstoff lassen sich Eigenschaften wie Härte, Festigkeit, Zähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Zerspanbarkeit verändern.

Bei der CNC-Bearbeitung können sich diese Änderungen auf die Schnittkräfte, die Spanbildung, den Werkzeugverschleiß und die Schnittparameter auswirken, die für gleichbleibende Ergebnisse erforderlich sind.

Mikrostruktur

Die Mikrostruktur beschreibt den inneren Aufbau eines Werkstoffs, einschließlich seiner Phasen, seiner Kornstruktur und der Verteilung seiner Bestandteile.

Mikrostrukturelle Unterschiede können die Härte, Zähigkeit, Duktilität und Zerspanbarkeit beeinflussen. Auch durch Wärmebehandlung lässt sich die Mikrostruktur eines Werkstoffs verändern und damit sein Verhalten bei der Zerspanung beeinflussen.

Materialreinheit und innere Qualität

Das Vorhandensein von Verunreinigungen, Einschlüssen, Hohlräumen oder anderen inneren Fehlern kann das Bearbeitungsverhalten und die Leistungsfähigkeit des Fertigteils beeinträchtigen. Eine mangelhafte innere Qualität kann zu ungleichmäßiger Zerspanung, Oberflächenfehlern, vorzeitigem Versagen oder verminderter mechanischer Leistungsfähigkeit führen.

Für die präzise CNC-Bearbeitung ist daher neben der Nennwerkstoffsorte und den veröffentlichten Eigenschaften auch die Materialkonsistenz von Bedeutung.

Wie sich Werkstoffeigenschaften auf die Leistung der CNC-Bearbeitung auswirken

Die Materialeigenschaften haben direkten Einfluss darauf, wie ein Werkstück während der CNC-Bearbeitung auf Schnittkräfte, Wärme und Werkzeugkontakt reagiert. Unterschiede hinsichtlich Härte, Zähigkeit, Duktilität, Wärmeleitfähigkeit und Mikrostruktur können die erforderlichen Schnittbedingungen und die Konsistenz des Bearbeitungsprozesses beeinflussen.

Auswirkung auf die Schnittkräfte

Die Festigkeit und Härte des Werkstoffs können die zum Abtragen des Materials erforderliche Kraft beeinflussen. Härtere und festere Werkstoffe erfordern in der Regel größere Schnittkräfte, was zu einer höheren Belastung der Schneidwerkzeuge und der Maschine führen kann.

Auswirkungen auf den Werkzeugverschleiß

Die Härte, Zähigkeit, Abrasivität und das Kaltverfestigungsverhalten des Werkstoffs können den Verschleiß von Schneidwerkzeugen beschleunigen. Ein schnellerer Werkzeugverschleiß kann die Konsistenz der Bearbeitung beeinträchtigen und häufigere Werkzeugwechsel oder Anpassungen der Schnittbedingungen erforderlich machen.

Auswirkung auf die Oberflächenbeschaffenheit

Die Duktilität, Härte, Mikrostruktur und das Spanbildungsverhalten des Werkstoffs können die Qualität der bearbeiteten Oberfläche beeinflussen. Eine instabile Spanbildung oder Materialverformung kann zu Oberflächenfehlern führen, während geeignete Bearbeitungsbedingungen eine gleichmäßigere Oberflächenqualität gewährleisten.

Auswirkungen auf die Maßgenauigkeit

Wärmeausdehnung, Materialverformung und Bearbeitungskräfte können die Maßhaltigkeit beeinflussen. Dies ist besonders wichtig bei der Bearbeitung von Bauteilen mit engen Toleranzen oder dünnen Wänden.

Auswirkungen auf die Bearbeitungseffizienz

Werkstoffe mit guter Zerspanbarkeit lassen sich in der Regel unter effizienteren Schnittbedingungen bearbeiten, wobei der Werkzeugverschleiß geringer ist und weniger Bearbeitungsprobleme auftreten. Werkstoffe, die schwieriger zu bearbeiten sind, erfordern unter Umständen niedrigere Schnittgeschwindigkeiten, Spezialwerkzeuge, zusätzliche Durchgänge oder eine sorgfältigere Prozesssteuerung.

Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit des Fertigteils

Dieselben Werkstoffeigenschaften, die die Bearbeitung beeinflussen, bestimmen auch, wie sich das fertige Bauteil im Einsatz verhält. Festigkeit, Härte, Zähigkeit, Verschleißfestigkeit, thermische Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit können die Lebensdauer, die Maßhaltigkeit und die Beständigkeit des Bauteils gegenüber seiner Betriebsumgebung beeinflussen.

Gängige CNC-Werkstoffe und ihre wichtigsten Eigenschaften

Die CNC-Bearbeitung wird bei einer Vielzahl von Metallen und technischen Kunststoffen eingesetzt, die jeweils unterschiedliche Kombinationen mechanischer, physikalischer, thermischer, chemischer und bearbeitungstechnischer Eigenschaften aufweisen. Die folgenden Beispiele veranschaulichen, wie sich diese Eigenschaften bei häufig bearbeiteten Werkstoffen unterscheiden.

Material	Wichtige Materialeigenschaften
Aluminium	Geringe Dichte, gutes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, gute Wärmeleitfähigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit, hervorragende Bearbeitbarkeit
Edelstahl	Hohe Festigkeit, gute Härte, ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, gute Zähigkeit, mäßige Zerspanbarkeit
Kohlenstoffstahl	Hohe Festigkeit, gute Härte, gute Zähigkeit, je nach Sorte mäßige bis gute Zerspanbarkeit
Messing	Gute Bearbeitbarkeit, gute Korrosionsbeständigkeit, gute elektrische und thermische Leitfähigkeit
Kupfer	Hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit, gute Duktilität, relativ geringe Härte
Titan	Hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, hohe Korrosionsbeständigkeit, gute Zähigkeit, geringe Wärmeleitfähigkeit, schwierige Bearbeitbarkeit
PEEK	Hohe Festigkeit, ausgezeichnete chemische Beständigkeit, gute Temperaturbeständigkeit, geringe Dichte
POM (Delrin)	Geringe Dichte, gute Steifigkeit, geringe Reibung, gute Maßhaltigkeit, hervorragende Bearbeitbarkeit

Hierbei handelt es sich eher um allgemeine Eigenschaften als um feste Werte. Die Eigenschaften können je nach Legierung, Güteklasse, Härtezustand und Wärmebehandlungsbedingungen erheblich variieren. Für technische Anwendungen sollten stets die entsprechenden Werkstoffspezifikationen und technischen Daten berücksichtigt werden.

Materialkenntnisse in der CNC-Bearbeitung für bessere Ergebnisse

Das Verständnis der Werkstoffeigenschaften ist entscheidend für die Herstellung von CNC-bearbeiteten Bauteilen, die den Anforderungen an die Bearbeitung und den Einsatzzweck entsprechen. Mechanische Eigenschaften wie Festigkeit, Härte, Zähigkeit und Duktilität bestimmen das Verhalten eines Werkstoffs unter Belastung und bei Schnittkräften, während thermische, chemische, physikalische und zerspanungstechnische Eigenschaften das Wärmemanagement, die Umgebungsbeständigkeit, die Maßhaltigkeit, den Werkzeugverschleiß und die Bearbeitungseffizienz beeinflussen.

Keine einzelne Materialeigenschaft bestimmt allein die Gesamtleistung. Die tatsächliche Leistung von CNC-bearbeiteten Werkstoffen hängt von einer Kombination verschiedener Eigenschaften ab, darunter die jeweilige Werkstoffsorte, die innere Struktur, die Bearbeitungsbedingungen und die Anforderungen an das Endteil. Die Berücksichtigung all dieser Eigenschaften ermöglicht ein umfassenderes Verständnis dafür, wie sich der Werkstoff während des gesamten Bearbeitungs- und Einsatzprozesses verhält.

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Häufig gestellte Fragen