Materialauswahl für die CNC-Bearbeitung: So wählen Sie das richtige Material aus

Die Wahl des richtigen Werkstoffs ist eine der wichtigsten Entscheidungen bei der CNC-Bearbeitung. Der Werkstoff beeinflusst nicht nur die Festigkeit, das Gewicht, die Haltbarkeit und die Leistungsfähigkeit des fertigen Bauteils, sondern auch dessen Bearbeitbarkeit, Maßhaltigkeit, Oberflächengüte, Fertigungszeit und Gesamtkosten. Ein Werkstoff, der sich in einer Anwendung gut bewährt, kann in einer anderen Anwendung überflüssig oder schwer zu bearbeiten sein.

Die Materialauswahl für die CNC-Bearbeitung sollte daher von den tatsächlichen Anforderungen des Bauteils ausgehen und nicht einfach auf dem stärksten oder am häufigsten verwendeten Material basieren. Mechanische Belastungen, Betriebstemperatur, Korrosionsbelastung, erforderliche Toleranzen, Oberflächengüte, Gewicht, Produktionsvolumen und Budget müssen gemeinsam berücksichtigt werden. Das Verständnis dieser Faktoren hilft dabei, geeignete Werkstoffe einzugrenzen und ein Gleichgewicht zwischen Leistung und Fertigungspraktikabilität herzustellen. Einen umfassenderen Überblick über die verfügbaren Optionen finden Sie in unserem Leitfaden zu Werkstoffen für die CNC-Bearbeitung.

Welche Faktoren sollten Sie bei der Auswahl eines Materials für die CNC-Bearbeitung berücksichtigen?

Die Wahl des richtigen Materials für die CNC-Bearbeitung hängt davon ab, welche Anforderungen das fertige Bauteil erfüllen muss und wie einfach es sich herstellen lässt. Anstatt ein Material anhand einer einzigen Eigenschaft zu bewerten, sollten Sie seine mechanischen Eigenschaften, sein thermisches Verhalten, seine Beständigkeit gegenüber der Arbeitsumgebung, seine Bearbeitbarkeit, seine Maßhaltigkeit, die Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit, sein Gewicht, seine Kosten und seine Verfügbarkeit als Ganzes berücksichtigen.

Mechanische Eigenschaften

Mechanische Anforderungen bilden häufig den Ausgangspunkt für die Werkstoffauswahl. Berücksichtigen Sie die Belastungen und Kräfte, denen das Bauteil im Betrieb ausgesetzt sein wird, und bewerten Sie anschließend Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Streckgrenze, Härte, Steifigkeit, Zähigkeit, Ermüdungsfestigkeit und Verschleißfestigkeit.

So kann beispielsweise ein Bauteil, das hohen Belastungen ausgesetzt ist, eine hohe Festigkeit und Steifigkeit erfordern, während ein Bauteil, das wiederholter Reibung ausgesetzt ist, eher von Härte und Verschleißfestigkeit profitiert. Die Wahl eines Werkstoffs, dessen Eigenschaften weit über die tatsächlichen Anforderungen hinausgehen, kann die Material- und Bearbeitungskosten erhöhen, ohne einen nennenswerten Leistungsvorteil zu bieten.

Betriebstemperatur und thermische Leistung

Die Betriebstemperatur eines Bauteils kann die Auswahl an geeigneten Materialien für die CNC-Bearbeitung erheblich einschränken. Berücksichtigen Sie dabei sowohl die Dauertemperatur als auch etwaige kurzzeitige Temperaturspitzen, denen das Bauteil während des Betriebs ausgesetzt sein kann.

Zu den wichtigen Eigenschaften zählen Wärmebeständigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Wärmeausdehnung und thermische Stabilität. Bei Werkstoffen mit hoher Wärmeausdehnung kann es bei Temperaturschwankungen zu Maßänderungen kommen, was bei Bauteilen mit engen Toleranzen oder passgenauen Schnittstellen entscheidend sein kann. Die Wärmeleitfähigkeit kann zudem beeinflussen, wie ein Bauteil während des Betriebs mit Wärme umgeht.

Das Material sollte daher entsprechend den tatsächlichen thermischen Bedingungen der Anwendung ausgewählt werden und nicht allein auf der Grundlage seiner mechanischen Eigenschaften bei Raumtemperatur.

Korrosions- und Chemikalienbeständigkeit

Die Umgebungsbedingungen, unter denen ein bearbeitetes Bauteil zum Einsatz kommt, können ebenso wichtig sein wie seine mechanischen Anforderungen. Der Kontakt mit Feuchtigkeit, Salzwasser, Chemikalien, Ölen, Lösungsmitteln oder Reinigungsmitteln kann zu Korrosion, Materialverschleiß oder vorzeitigem Versagen führen, wenn das Material nicht geeignet ist.

Edelstahl kann für Bauteile, die korrosiven Umgebungen ausgesetzt sind, vorzuziehen sein, während Aluminium eine vorteilhafte Kombination aus geringem Gewicht und Korrosionsbeständigkeit bietet. Technische Kunststoffe können besser geeignet sein, wenn chemische Beständigkeit oder elektrische Isolierung erforderlich sind.

Es ist außerdem wichtig zu prüfen, ob das ausgewählte Material mit der vorgesehenen Oberflächenbehandlung kompatibel ist, da Beschichtungen oder andere Veredelungsverfahren zusätzlichen Schutz bieten können.

Bearbeitbarkeit

Die Zerspanbarkeit eines Werkstoffs wirkt sich unmittelbar darauf aus, wie effizient er mit CNC-Maschinen bearbeitet werden kann. Härte, Zähigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Schnittkräfte, Spanbildung und Werkzeugverschleiß können die Zerspanungsleistung beeinflussen.

Werkstoffe, die sich leichter bearbeiten lassen, ermöglichen in der Regel ein effizienteres Zerspanen und können die Bearbeitungszeit sowie den Werkzeugverschleiß verringern. Bei schwieriger zu bearbeitenden Werkstoffen sind unter Umständen langsamere Schnittbedingungen, Spezialwerkzeuge, zusätzliche Kühlung oder eine sorgfältigere Steuerung der Schnittparameter erforderlich.

Das bedeutet jedoch nicht, dass gut zerspanbare Werkstoffe immer die beste Wahl sind. Wenn das Bauteil Eigenschaften erfordert, die nur ein schwer zerspanbarer Werkstoff bietet, können diese Herausforderungen bei der Fertigung gerechtfertigt sein. Das Ziel besteht darin, ein praktikables Gleichgewicht zwischen der Leistungsfähigkeit des Werkstoffs und den Anforderungen an die Zerspanung zu finden.

Maßhaltigkeit und erforderliche Toleranzen

Das Materialverhalten kann sich direkt auf die Maßgenauigkeit auswirken, insbesondere wenn Bauteile enge Toleranzen erfordern. Thermische Ausdehnung, Eigenspannungen, Feuchtigkeitsaufnahme und Materialverformung können während oder nach der Bearbeitung zu Maßänderungen führen.

Dies gilt insbesondere für dünnwandige Bauteile, große ebene Flächen, tiefe Hohlräume und Teile mit anspruchsvollen geometrischen Toleranzen. So können beispielsweise manche Kunststoffe Feuchtigkeit aufnehmen und ihre Abmessungen verändern, während bestimmte Metalle innere Spannungen behalten können, die beim Materialabtrag freigesetzt werden.

Wenn enge Toleranzen gefordert sind, sollte die Materialstabilität daher parallel zum Bearbeitungsprozess bewertet werden und nicht als separater Aspekt betrachtet werden.

Oberflächenbeschaffenheit und Nachbearbeitung

Auch die geforderte Oberflächenbeschaffenheit kann die Materialauswahl beeinflussen. Verschiedene Werkstoffe reagieren unterschiedlich auf Schneiden, Polieren, Strahlen, Beschichten, Eloxieren, Galvanisieren und andere Oberflächenbehandlungsverfahren.

Wenn für ein Bauteil eine bestimmte Oberflächenrauheit, ein bestimmtes Erscheinungsbild, Korrosionsschutz oder eine verschleißfeste Beschichtung erforderlich ist, sollte das Material mit dem vorgesehenen Veredelungsverfahren kompatibel sein. So kann beispielsweise die Wahl der Aluminiumlegierung das Ergebnis der Eloxierung beeinflussen, während die Auswahl des Edelstahls die Anforderungen an die Passivierung oder andere Veredelungsvorgänge beeinflussen kann.

Wenn man die Anforderungen an die Endbearbeitung frühzeitig berücksichtigt, lässt sich vermeiden, dass ein Werkstoff ausgewählt wird, der zwar die mechanischen Anforderungen erfüllt, aber bei der Weiterverarbeitung Probleme verursacht.

Gewicht und Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht

Das Gewicht spielt eine wichtige Rolle, wenn ein Bauteil leicht sein muss, ohne dass dabei die funktionale Leistungsfähigkeit beeinträchtigt wird. In solchen Fällen sollte die Materialdichte nicht isoliert betrachtet, sondern gemeinsam mit der Festigkeit und der Steifigkeit bewertet werden.

Aluminium und Magnesium können das Gewicht von Bauteilen reduzieren, während Titan bei Anwendungen mit hohen strukturellen Anforderungen ein gutes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht bietet. Technische Kunststoffe können eine noch geringere Dichte aufweisen, wenn keine hohe metallähnliche Festigkeit erforderlich ist.

Die beste Wahl hängt davon ab, welche Anforderungen das Bauteil tatsächlich erfüllen muss. Ein leichtes Material ist nicht automatisch besser, wenn seine Steifigkeit, Festigkeit, Temperaturbeständigkeit oder Formstabilität für die jeweilige Anwendung nicht ausreichen.

Materialkosten, Verfügbarkeit und Produktionsanforderungen

Die Materialkosten sind zwar wichtig, sollten jedoch nicht losgelöst von den Fertigungsanforderungen betrachtet werden. Die Gesamtkosten können zudem durch die Bearbeitbarkeit, den Materialverschnitt, die Bearbeitungszeit, die Werkzeuge, die Endbearbeitung und weitere Verarbeitungsschritte beeinflusst werden.

Auch die Verfügbarkeit der Werkstoffe sollte berücksichtigt werden, insbesondere bei Produktionskomponenten, für die eine bestimmte Legierung, ein bestimmter Härtegrad, eine bestimmte Güteklasse oder eine bestimmte Zertifizierung erforderlich ist. Ein Werkstoff, der zwar technisch geeignet, aber schwer zu beschaffen ist, kann zu unnötigen Vorlaufzeiten oder Lieferrisiken führen.

Auch das Produktionsvolumen spielt eine Rolle. Bei kleinen Stückzahlen steht möglicherweise die Suche nach einem leicht verfügbaren Werkstoff im Vordergrund, der die geforderten Leistungsmerkmale erfüllt. Bei größeren Produktionsserien können die Bearbeitungseffizienz, die Materialausnutzung und eine zuverlässige Versorgung einen wesentlich größeren Einfluss auf die Gesamtfertigungskosten haben.

Schritt für Schritt: So wählen Sie ein Material für die CNC-Bearbeitung aus

Sobald die funktionalen und fertigungstechnischen Anforderungen klar sind, besteht die Materialauswahl darin, geeignete Optionen einzugrenzen und deren Vor- und Nachteile gegeneinander abzuwägen. Ein strukturiertes Vorgehen kann eine Überdimensionierung verhindern und dabei helfen, ein Material zu finden, das die Leistungsanforderungen erfüllt, ohne unnötige Bearbeitungs- oder Materialkosten zu verursachen.

Definieren Sie die funktionalen Anforderungen an das Bauteil

Ermitteln Sie zunächst, welchen Belastungen das Bauteil im tatsächlichen Einsatz standhalten muss. Berücksichtigen Sie dabei die zu erwartenden Belastungen, die Betriebstemperatur, die Einwirkung von Feuchtigkeit oder Chemikalien, Reibung und Verschleiß, die erforderliche Lebensdauer sowie etwaige Gewichtsbeschränkungen.

Diese Anforderungen legen die Materialeigenschaften fest, die am wichtigsten sind. So können beispielsweise bei einem tragenden Bauteil Festigkeit und Steifigkeit im Vordergrund stehen, während bei einem Leichtbaubauteil die Dichte und das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht eine größere Rolle spielen.

Festlegen der Fertigungsanforderungen

Überlegen Sie als Nächstes, wie das Bauteil CNC-bearbeitet werden soll und welche Anforderungen die fertige Geometrie stellt. Prüfen Sie den Bearbeitungsprozess, die Bauteilgröße, die Wandstärke, die Komplexität der Merkmale, die Maßtoleranzen und die Anforderungen an die Oberflächengüte.

In dieser Phase sollte auch die Produktionsmenge berücksichtigt werden. Ein Werkstoff, der sich für einige wenige Sonderbauteile eignet, ist möglicherweise nicht die wirtschaftlichste Wahl für größere Produktionsmengen, wenn er eine schlechte Bearbeitbarkeit aufweist, einen hohen Werkzeugverschleiß verursacht oder nur begrenzt verfügbar ist.

Erstellen Sie eine Auswahlliste mit geeigneten Materialien

Nachdem Sie die Anforderungen definiert haben, grenzen Sie die verfügbaren Werkstoffe auf einige wenige Kandidaten ein, die die wichtigsten Kriterien erfüllen können. Vermeiden Sie es, jeden möglichen CNC-Werkstoff zu vergleichen; schließen Sie stattdessen Optionen aus, die eine entscheidende Anforderung eindeutig nicht erfüllen.

So kann beispielsweise Aluminium eine gute Wahl sein, wenn geringes Gewicht und gute Bearbeitbarkeit im Vordergrund stehen, während Edelstahl besser geeignet sein kann, wenn Korrosionsbeständigkeit und Langlebigkeit wichtiger sind. Technische Kunststoffe kommen in Frage, wenn eine geringe Dichte, elektrische Isolierung, chemische Beständigkeit oder geringe Reibung erforderlich sind.

Vergleich der Materialkompromisse

Nur wenige Werkstoffe erzielen in jeder Kategorie Spitzenleistungen. Der eine bietet vielleicht eine höhere Festigkeit, lässt sich aber schlechter bearbeiten, während der andere zwar leichter zu bearbeiten ist, aber eine geringere Hitze- oder Verschleißfestigkeit aufweist.

Vergleichen Sie die in die engere Wahl gekommenen Werkstoffe mit den Anforderungen, die für die jeweilige Anwendung am wichtigsten sind. Das Ziel besteht nicht darin, den Werkstoff mit der höchsten Einzelleistung auszuwählen, sondern denjenigen, der das beste Gesamtgleichgewicht zwischen Bauteilleistung, Bearbeitbarkeit, Haltbarkeit, Verfügbarkeit und Kosten bietet.

Überprüfen Sie die Werkstoffgüte und die Spezifikation

Sobald eine geeignete Werkstoffgruppe ausgewählt wurde, geben Sie die für die Anwendung erforderliche genaue Güte, Legierung, Härte oder Spezifikation an. Die bloße Angabe von “Aluminium”, “Stahl” oder “Edelstahl” lässt möglicherweise zu viel Interpretationsspielraum.

So weisen beispielsweise die Aluminiumlegierungen 6061-T6 und 7075 unterschiedliche mechanische Eigenschaften und Verarbeitungsmerkmale auf. Ebenso sollte die Wahl zwischen Edelstahlsorten wie 304 und 316 von den tatsächlichen Leistungsanforderungen des Bauteils und den Umgebungsbedingungen abhängen.

Die endgültige Materialspezifikation sollte so eindeutig sein, dass der Hersteller das vorgesehene Material beschaffen und einheitlich bearbeiten kann.

So wählen Sie CNC-Werkstoffe entsprechend den Anwendungsanforderungen aus

Der Verwendungszweck bietet oft den besten Anhaltspunkt, um die Auswahl an Werkstoffen einzugrenzen. Anstatt einen Werkstoff anhand einer einzigen Eigenschaft auszuwählen, sollten Sie den Werkstoff auf die Bedingungen abstimmen, denen das Bauteil tatsächlich ausgesetzt sein wird. Die folgenden Kombinationen können dabei helfen, geeignete Kandidaten zu identifizieren, bevor Sie bestimmte Werkstoffsorten miteinander vergleichen.

Für Leichtbaukomponenten

Wenn Gewichtsreduzierung im Vordergrund steht, sollten Sie Materialien mit geringer Dichte in Betracht ziehen und dabei prüfen, ob diese dennoch eine ausreichende Festigkeit und Steifigkeit bieten. Aluminium und Magnesium sind gängige Optionen für leichte, CNC-gefräste Bauteile, während Titan in Betracht gezogen werden kann, wenn ein höheres Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht erforderlich ist.

Für hochfeste Bauteile

Bauteile, die erheblichen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, erfordern unter Umständen Werkstoffe mit hoher Zugfestigkeit, Streckgrenze, Härte oder Ermüdungsfestigkeit. Je nach der erforderlichen Kombination aus Festigkeit, Gewicht, Korrosionsbeständigkeit und Zerspanbarkeit kommen legierte Stähle, rostfreie Stähle, Titan und hochfeste Aluminiumlegierungen in Frage.

Für korrosive Umgebungen

Wenn das Bauteil Feuchtigkeit, Salz, Chemikalien oder anderen korrosiven Einflüssen ausgesetzt ist, sollte die Korrosionsbeständigkeit als vorrangige Materialanforderung betrachtet werden. Edelstahl, Aluminium, Titan und bestimmte technische Kunststoffe bieten je nach Betriebsumgebung unterschiedliche Schutzgrade.

Für Verschleiß und Reibung

Bauteile, die wiederholtem Kontakt, Gleitbewegungen oder Abrieb ausgesetzt sind, müssen über ausreichende Härte, Verschleißfestigkeit und Formstabilität verfügen. Gehärtete Stähle eignen sich möglicherweise für stark beanspruchte Verschleißanwendungen, während Werkstoffe wie POM oder PTFE dort sinnvoll sein können, wo eine geringe Reibung wichtiger ist als eine hohe Festigkeit.

Für Hochtemperaturanwendungen

Wenn ein Bauteil bei erhöhten Temperaturen betrieben wird, sind die Wärmebeständigkeit, die thermische Stabilität, die Wärmeausdehnung und die mechanischen Eigenschaften bei der tatsächlichen Betriebstemperatur zu bewerten. Je nach Temperatur und mechanischen Anforderungen kommen bestimmte Edelstähle, Titanlegierungen, Nickelbasislegierungen und hochtemperaturbeständige technische Kunststoffe in Betracht.

Für elektrische und thermische Leitfähigkeit

Aufgrund der elektrischen oder thermischen Eigenschaften kann die Leitfähigkeit zu einem vorrangigen Auswahlkriterium werden. Kupfer wird häufig eingesetzt, wenn eine hohe elektrische oder thermische Leitfähigkeit erforderlich ist, während Messing eine vorteilhafte Kombination aus Leitfähigkeit, Bearbeitbarkeit und Korrosionsbeständigkeit bietet. Auch Aluminium kann geeignet sein, wenn die Leitfähigkeit mit einem geringeren Gewicht in Einklang gebracht werden muss.

Für chemische Beständigkeit oder elektrische Isolierung

Technische Kunststoffe können von Vorteil sein, wenn ein Bauteil beständig gegen Chemikalien, Lösungsmittel, Feuchtigkeit oder elektrischen Strom sein muss. Werkstoffe wie PEEK, PTFE und andere technische Polymere können Eigenschaften bieten, die mit herkömmlichen Metallen nur schwer zu erreichen sind, wobei jedoch die Anforderungen hinsichtlich Temperatur, Formstabilität und Bearbeitbarkeit weiterhin geprüft werden müssen.

Für Bauteile mit engen Toleranzen

Wenn Maßgenauigkeit entscheidend ist, kommt der Materialstabilität eine besondere Bedeutung zu. Berücksichtigen Sie dabei die Wärmeausdehnung, die Feuchtigkeitsaufnahme, die Eigenspannung, die Härte und das Verhalten des Materials bei der Bearbeitung. Ein Material, das sich zwar leicht bearbeiten lässt, sich aber unter dem Einfluss von Temperatur oder Feuchtigkeit erheblich verändert, ist möglicherweise nicht die beste Wahl für ein Präzisionsbauteil.

Vergleich von Werkstoffen für die CNC-Bearbeitung

Sobald die Anwendungsanforderungen festgelegt sind, erleichtert ein direkter Vergleich der in die engere Wahl gekommenen Werkstoffe die endgültige Auswahl. Die folgende Tabelle enthält einen allgemeinen Vergleich häufig verwendeter Werkstoffe für die CNC-Bearbeitung. Die tatsächliche Leistung kann je nach Legierung, Güteklasse, Härte, Wärmebehandlung und Bearbeitungsbedingungen variieren.

Material	Stärke	Bearbeitbarkeit	Korrosionsbeständigkeit	Gewicht	Relative Kosten	Typische Anwendungsbereiche
Aluminium	Mittel–Hoch	Ausgezeichnet	Gut	Niedrig	Niedrig–Mittel	Gehäuse, Halterungen, Befestigungselemente, Komponenten für die Luft- und Raumfahrt
Edelstahl	Hoch	Gut – Mäßig	Ausgezeichnet	Mittel–Hoch	Mittel–Hoch	Medizin, Lebensmittelverarbeitung, Industriekomponenten
Kohlenstoffstahl	Hoch	Gut	Gering – Mäßig	Hoch	Niedrig	Wellen, Bauteile, Maschinen
Legierter Stahl	Hoch – Sehr hoch	Mäßig	Mäßig	Hoch	Mittel	Zahnräder, Wellen, hochbelastbare Bauteile
Messing	Mittel	Ausgezeichnet	Gut	Hoch	Mittel	Armaturen, elektrische Bauteile, Präzisionsbeschläge
Kupfer	Mittel	Mäßig	Gut	Hoch	Hoch	Elektrische und thermische Komponenten
Titan	Sehr hoch	Schwierig	Ausgezeichnet	Niedrig–Mittel	Hoch	Luft- und Raumfahrt, Medizin, Hochleistungskomponenten
POM	Mittel	Ausgezeichnet	Gut	Niedrig	Niedrig–Mittel	Buchsen, Zahnräder, reibungsarme Bauteile
Nylon	Mittel	Gut	Gut	Niedrig	Niedrig	Verschleißteile, Gehäuse, mechanische Teile
PEEK	Hoch	Mäßig	Ausgezeichnet	Niedrig	Sehr hoch	Komponenten für den medizinischen und chemischen Bereich sowie für den Hochtemperaturbereich

Der Vergleich sollte eher als Ausgangspunkt dienen und nicht als Rangliste der Werkstoffe. So kann beispielsweise Aluminium die bessere Wahl sein, wenn geringes Gewicht und effiziente Bearbeitung im Vordergrund stehen, während Edelstahl besser geeignet sein kann, wenn Korrosionsbeständigkeit und Langlebigkeit eine größere Rolle spielen. Titan bietet hervorragende Eigenschaften für anspruchsvolle Anwendungen, doch aufgrund seiner höheren Material- und Bearbeitungskosten ist es möglicherweise nicht erforderlich, wenn eine leichter zu bearbeitende Legierung dieselben Anforderungen erfüllen kann.

Für die Präzisions-CNC-Bearbeitung ist letztendlich jenes Material am besten geeignet, das die entscheidenden Leistungsanforderungen erfüllt, ohne dabei unnötige Fertigungsschwierigkeiten oder Kosten mit sich zu bringen.

Häufige Fehler bei der Auswahl von Werkstoffen für die CNC-Bearbeitung

Die Auswahl eines Werkstoffs allein aufgrund einer einzigen gewünschten Eigenschaft kann zu unnötigen Kosten, Schwierigkeiten bei der Bearbeitung oder einer mangelhaften Leistung des Bauteils führen. Ein besserer Ansatz besteht darin, den Werkstoff anhand aller funktionalen und fertigungstechnischen Anforderungen zu bewerten.

Standardmäßig das stärkste Material auswählen

Eine höhere Festigkeit bedeutet nicht automatisch eine bessere Leistung. Wenn für ein Bauteil nur eine mäßige Festigkeit erforderlich ist, kann die Wahl einer hochfesten Legierung zu höheren Materialkosten und größeren Schwierigkeiten bei der Bearbeitung führen, ohne dass dadurch ein nennenswerter Vorteil entsteht.

Das Material sollte für den vorgesehenen Einsatzzweck eine ausreichende Festigkeit, Härte und Steifigkeit aufweisen und gleichzeitig praktikabel in der Herstellung sein.

Entscheidung ausschließlich auf der Grundlage des Materialpreises

Ein niedrigerer Materialpreis führt nicht zwangsläufig zu geringeren Gesamtkosten bei der CNC-Bearbeitung. Bearbeitbarkeit, Materialverschnitt, Bearbeitungszeit, Werkzeuganforderungen und Nachbearbeitungsschritte können sich alle auf die Endkosten auswirken.

Ein etwas teureres Material kann insgesamt kostengünstiger sein, wenn es sich leichter bearbeiten lässt oder weniger zusätzliche Arbeitsschritte erfordert.

Die Bearbeitbarkeit außer Acht lassen

Manche Werkstoffe weisen zwar hervorragende mechanische oder thermische Eigenschaften auf, lassen sich jedoch deutlich schwerer bearbeiten. Eine schlechte Bearbeitbarkeit kann die Bearbeitungszeit verlängern, den Werkzeugverschleiß beschleunigen und es erschweren, die erforderliche Oberflächengüte und Maßgenauigkeit einzuhalten.

Die Werkstoffeigenschaften sollten daher im Zusammenhang mit den praktischen Anforderungen beim CNC-Fräsen, -Drehen, -Bohren und anderen Bearbeitungsverfahren betrachtet werden.

Die Betriebsumgebung außer Acht lassen

Ein Material, das unter normalen Bedingungen gute Eigenschaften aufweist, ist möglicherweise nicht geeignet, wenn es hohen Temperaturen, Feuchtigkeit, Chemikalien, Salz oder ständiger Reibung ausgesetzt ist.

Berücksichtigen Sie bei der Bewertung der Korrosionsbeständigkeit, der Chemikalienbeständigkeit, der thermischen Stabilität und der Verschleißfestigkeit stets die tatsächlichen Einsatzbedingungen. Dies ist besonders wichtig, wenn das Bauteil im Freien, in industriellen Umgebungen oder in Kontakt mit aggressiven Substanzen eingesetzt wird.

Angabe des Werkstoffs ohne Güteklasse

Die Angabe lediglich einer Werkstofffamilie kann beim Einkauf und in der Fertigung zu Unklarheiten führen. Verschiedene Güteklassen innerhalb derselben Werkstofffamilie können sich hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften, ihrer Zerspanbarkeit, ihrer Korrosionsbeständigkeit und ihrer Wärmebehandlungsbedingungen erheblich unterscheiden.

Geben Sie nicht einfach nur „Aluminium“ oder „Edelstahl“ an, sondern nennen Sie die erforderliche Legierung oder Güteklasse und gegebenenfalls den Härtezustand oder die Materialspezifikation.

Die Wahl eines Werkstoffs ohne Berücksichtigung der Oberflächenbehandlung

Bei der endgültigen Materialauswahl sollten auch etwaige erforderliche Nachbehandlungsverfahren berücksichtigt werden. Eloxieren, Galvanisieren, Passivieren, Polieren, Strahlen und Beschichten können je nach Material und Güteklasse unterschiedliche Anforderungen hinsichtlich Verträglichkeit und Leistungsfähigkeit stellen.

Die Berücksichtigung dieser Anforderungen vor der Bearbeitung trägt dazu bei, sicherzustellen, dass das ausgewählte Material sowohl die erforderlichen funktionellen Eigenschaften als auch die gewünschte Oberflächenbeschaffenheit im Endzustand aufweist.

Wann sollte man sich bei der CNC-Bearbeitung für Metall oder Kunststoff entscheiden?

Die Entscheidung zwischen Metall und Kunststoff sollte sich nach den funktionalen Anforderungen des Bauteils richten und nicht lediglich auf einem Vergleich der Materialfestigkeit oder der Kosten beruhen. Metalle bieten im Allgemeinen eine höhere Festigkeit, Steifigkeit und Temperaturbeständigkeit, während technische Kunststoffe durch geringeres Gewicht, elektrische Isolierung, chemische Beständigkeit und geringe Reibung überzeugen.

Entscheiden Sie sich für Metall, wenn Sie es brauchen

Metall ist in der Regel die bessere Wahl, wenn das Bauteil erheblichen mechanischen Belastungen standhalten, seine Steifigkeit bewahren, hohen Temperaturen widerstehen oder wiederholtem Verschleiß standhalten muss. Aluminium, Edelstahl, Kohlenstoffstahl, Titan, Messing und Kupfer bieten jeweils unterschiedliche Kombinationen dieser Eigenschaften.

Metall kann auch dann vorzuziehen sein, wenn das Bauteil unter wechselnden Temperaturen eine sehr genaue Maßhaltigkeit erfordert oder über eine lange Lebensdauer hinweg anspruchsvollen mechanischen Bedingungen standhalten muss.

Entscheiden Sie sich für Kunststoff, wenn Sie ihn brauchen

Die CNC-Bearbeitung von Kunststoffen kann vorteilhaft sein, wenn geringes Gewicht, elektrische Isolierung, chemische Beständigkeit oder geringe Reibung wichtiger sind als maximale Festigkeit. Zu den gängigen technischen Kunststoffen zählen POM, Nylon, PTFE und PEEK, die jeweils unterschiedliche Kombinationen mechanischer, thermischer und chemischer Eigenschaften aufweisen.

Kunststoff kann auch eine praktische Wahl für Bauteile sein, bei denen es darauf ankommt, das Gewicht zu reduzieren oder den Metall-Metall-Kontakt zu vermeiden. Allerdings sollten Temperatur, Feuchtigkeitsaufnahme, Wärmeausdehnung und Formstabilität sorgfältig geprüft werden, insbesondere bei Präzisionsbauteilen.

Letztendlich geht es nicht einfach nur um die Wahl zwischen Metall und Kunststoff, sondern darum, welches Material die erforderliche Leistungsfähigkeit bietet und gleichzeitig für den Bearbeitungsprozess und die vorgesehene Einsatzumgebung geeignet ist.

Wie sich die Materialauswahl auf die Kosten der CNC-Bearbeitung auswirkt

Die Materialauswahl wirkt sich direkt auf die Kosten der CNC-Bearbeitung aus, doch der Materialpreis selbst ist nur ein Teil der Gleichung. Ein Material, das pro Kilogramm weniger kostet, erfordert möglicherweise eine längere Bearbeitungszeit, verschleißt die Schneidwerkzeuge schneller oder erfordert zusätzliche Nachbearbeitungsschritte, wodurch sich die Gesamtfertigungskosten erhöhen.

Materialkosten

Der Rohstoffpreis ist ein offensichtlicher Faktor, insbesondere bei größeren Bauteilen oder Projekten mit hohem Materialverbrauch. Die Materialkosten sollten jedoch auf der Grundlage der tatsächlich benötigten Materialmenge bewertet werden, einschließlich der bei der Bearbeitung abgetragenen Menge und des potenziellen Materialabfalls.

Bearbeitungszeit

Werkstoffe mit guter Zerspanbarkeit lassen sich in der Regel effizienter bearbeiten, während härtere oder schwerer zerspanbare Werkstoffe möglicherweise langsamere Schnittparameter und zusätzliche Bearbeitungsdurchgänge erfordern. Dies kann die Zykluszeit verlängern und somit die Kosten pro Bauteil beeinflussen.

Werkzeugverschleiß und Werkzeuganforderungen

Die Härte, Zähigkeit und Abrasivität eines Werkstoffs können die Standzeit von Schneidwerkzeugen beeinflussen. Schwer zerspanbare Werkstoffe erfordern unter Umständen Spezialwerkzeuge oder einen häufigeren Werkzeugwechsel, was die Fertigungskosten erhöht.

Materialverschwendung

Die Formgebung der Teile und die Materialauswahl können sich darauf auswirken, wie effizient das Rohmaterial genutzt wird. Ein Material, das teuer ist oder nur in bestimmten Abmessungen erhältlich ist, kann zu einem höheren Materialverlust führen, insbesondere bei der Bearbeitung von Bauteilen aus großen Rohblöcken.

Folgearbeiten

Bei einigen Werkstoffen sind unter Umständen zusätzliche Verfahren wie Wärmebehandlung, Oberflächenbearbeitung, Beschichtung oder Polieren erforderlich, um die gewünschte Leistungsfähigkeit oder Optik zu erzielen. Diese Arbeitsschritte sollten beim Vergleich der Gesamtfertigungskosten verschiedener Werkstoffoptionen berücksichtigt werden.

Produktionsvolumen

Die wirtschaftlichste Materialauswahl kann sich auch je nach Produktionsvolumen ändern. Bei kleinen Stückzahlen haben die Materialverfügbarkeit und die Bearbeitungseffizienz möglicherweise nur einen begrenzten Einfluss auf die Gesamtkosten. Bei größeren Produktionsserien können sich selbst kleine Unterschiede bei der Taktzeit, der Standzeit der Werkzeuge oder der Materialausnutzung kumulativ erheblich auswirken.

Aus diesem Grund ist das kostengünstigste Material für die CNC-Bearbeitung nicht unbedingt das Material mit dem niedrigsten Rohstoffpreis. Die bessere Wahl ist das Material, das die geforderten Leistungsmerkmale erfüllt und gleichzeitig die Material-, Bearbeitungs-, Werkzeug-, Nachbearbeitungs- und Produktionskosten unter Kontrolle hält.

Checkliste zur Materialauswahl für die CNC-Bearbeitung

Bevor Sie sich endgültig für ein Material für die CNC-Bearbeitung entscheiden, sollten Sie die folgenden Anforderungen prüfen, um sicherzustellen, dass die Wahl sowohl für das fertige Bauteil als auch für den Fertigungsprozess geeignet ist:

• Funktion: Welchen Belastungen, Kräften, Reibungen oder welchem Verschleiß wird das Bauteil ausgesetzt sein?
• Temperatur: Mit welchen Betriebstemperaturen und Temperaturschwankungen ist zu rechnen?
• Umwelt: Wird es Feuchtigkeit, Chemikalien, Salz, Ölen oder Lösungsmitteln ausgesetzt sein?
• Mechanische Eigenschaften: Sind Festigkeit, Härte, Steifigkeit, Zähigkeit und Ermüdungsbeständigkeit ausreichend?
• Gewicht: Ist eine geringe Dichte oder ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht wichtig?
• Bearbeitbarkeit: Lässt sich das Material effizient fräsen, drehen, bohren oder auf andere Weise bearbeiten?
• Formstabilität: Kann es die erforderlichen Maße und Toleranzen während und nach der Bearbeitung einhalten?
• Oberflächenbeschaffenheit: Welche Oberflächenrauheit, welches Erscheinungsbild oder welche Textur sind erforderlich?
• Oberflächenbehandlung: Muss das Bauteil eloxiert, passiviert, galvanisiert, poliert, gestrahlt oder beschichtet werden?
• Werkstoffgüte: Wurden die genaue Legierung, Güteklasse, Härte oder Spezifikation festgelegt?
• Verfügbarkeit: Können das benötigte Material und die erforderlichen Lagerbestände zuverlässig beschafft werden?
• Produktionsvolumen: Wird das Material für die benötigte Menge weiterhin zweckmäßig und wirtschaftlich sein?
• Gesamtkosten: Wurden Material-, Bearbeitungszeit-, Werkzeug-, Ausschuss-, Nachbearbeitungs- und sonstige Verarbeitungskosten berücksichtigt?

Ein geeignetes Material für die CNC-Bearbeitung sollte zunächst die entscheidenden funktionalen Anforderungen erfüllen und anschließend hinsichtlich Herstellbarkeit, Verfügbarkeit und Kosten bewertet werden. Dieser Ansatz hilft dabei, sowohl eine zu geringe Spezifizierung des Materials als auch die Kosten für Leistungen zu vermeiden, die das Bauteil tatsächlich nicht benötigt.

So helfen wir Ihnen bei der Auswahl des richtigen Materials für die CNC-Bearbeitung

Die Auswahl eines Werkstoffs ist nicht immer einfach, insbesondere wenn an ein Bauteil widersprüchliche Anforderungen hinsichtlich Festigkeit, Gewicht, Bearbeitbarkeit, Maßgenauigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Kosten gestellt werden. Unser Team kann die Konstruktion des Bauteils und die Anwendungsanforderungen prüfen, um Werkstoffe zu ermitteln, die sowohl für den vorgesehenen Verwendungszweck als auch für den CNC-Bearbeitungsprozess geeignet sind.

Bei der Bewertung der Materialoptionen berücksichtigen wir Faktoren wie Materialeigenschaften, Bauteilgeometrie, geforderte Toleranzen, Oberflächenbeschaffenheit, Produktionsmenge und Weiterverarbeitung. Wenn mehrere Materialien die funktionalen Anforderungen erfüllen, können wir Ihnen auch dabei helfen, deren Fertigungstauglichkeit und Gesamtkosten zu vergleichen.

Sobald das Material ausgewählt ist, können wir maßgeschneiderte CNC-gefräste Bauteile gemäß der vorgegebenen Materialgüte, den Abmessungen, Toleranzen und Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit fertigen. Auf diese Weise können die Materialauswahl und die fertigungstechnischen Aspekte gemeinsam bewertet werden, anstatt sie als separate Schritte zu behandeln.