Für die Kleinserienfertigung gibt es kaum eine bessere Technologie als die CNC-Bearbeitung.Es bietet eine abgerundete Mischung an Vorteilen, darunter ein hohes Durchsatzpotenzial, Genauigkeit und Wiederholbarkeit, eine große Auswahl an Materialien und eine einfache Bedienung.Während fast jede Werkzeugmaschine numerisch gesteuert werden kann, bezieht sich die maschinelle Bearbeitung mit numerischer Computersteuerung typischerweise auf mehrachsiges Fräsen und Drehen.
Um mehr darüber zu erfahren, wie die CNC-Bearbeitung für kundenspezifische Bearbeitungen, Kleinserienfertigung und Prototyping eingesetzt wird, sprach engineering.com mit Wayken Rapid Manufacturing, einem in Shenzhen ansässigen Service für die Herstellung kundenspezifischer Prototypen, über Materialien, Technologie, Anwendungen und Betrieb von CNC-Werkzeugmaschinen .
Wenn es um Materialien geht, egal ob es sich um Bleche, Platten oder Stangen handelt, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass Sie sie bearbeiten können.Unter den Hunderten von Metalllegierungen und Kunststoffpolymeren, die bearbeitet werden können, werden Aluminium und technische Kunststoffe am häufigsten für die Prototypenbearbeitung verwendet.Kunststoffteile, die für die Massenproduktion konzipiert sind, werden häufig in der Prototypenphase bearbeitet, um die hohen Kosten und Vorlaufzeiten für den Formenbau zu vermeiden.
Beim Prototyping ist der Zugriff auf eine große Auswahl an Materialien besonders wichtig.Da unterschiedliche Materialien unterschiedliche Kosten und unterschiedliche mechanische und chemische Eigenschaften haben, ist es möglicherweise vorzuziehen, einen Prototyp aus einem günstigeren Material zu schneiden, als für das Endprodukt geplant ist, oder ein anderes Material kann dazu beitragen, die Festigkeit, Steifigkeit oder das Gewicht des Teils zu optimieren in Bezug auf sein Design.In einigen Fällen kann ein alternatives Material für einen Prototyp einen bestimmten Endbearbeitungsprozess ermöglichen oder haltbarer als ein Produktionsteil gemacht werden, um das Testen zu erleichtern.
Das Gegenteil ist auch möglich, wenn kostengünstige Standardmaterialien technische Harze und Hochleistungsmetalllegierungen ersetzen, wenn der Prototyp für einfache funktionale Zwecke wie Passgenauigkeitsprüfung oder Mockup-Konstruktion verwendet wird.
Obwohl für die Metallbearbeitung entwickelt, können Kunststoffe mit den richtigen Kenntnissen und der richtigen Ausrüstung erfolgreich bearbeitet werden.Sowohl Thermoplaste als auch Duroplaste sind bearbeitbar und im Vergleich zu Kleinserien-Spritzgussformen für Prototypenteile sehr kostengünstig.
Im Vergleich zu Metallen schmelzen oder verbrennen die meisten Thermoplaste wie PE, PP oder PS, wenn sie mit den für die Metallbearbeitung üblichen Vorschüben und Geschwindigkeiten bearbeitet werden.Höhere Fräsergeschwindigkeiten und niedrigere Vorschübe sind üblich, und Schneidwerkzeugparameter wie der Spanwinkel sind entscheidend.Die Kontrolle der Hitze im Schnitt ist wichtig, aber im Gegensatz zu Metallen wird Kühlmittel zur Kühlung normalerweise nicht in den Schnitt gesprüht.Zum Entfernen der Späne kann Druckluft verwendet werden.
Thermoplaste, insbesondere ungefüllte Standardqualitäten, verformen sich beim Aufbringen von Schneidkräften elastisch, was es schwierig macht, eine hohe Genauigkeit zu erreichen und enge Toleranzen einzuhalten, insbesondere bei feinen Merkmalen und Details.Besonders schwierig sind Kfz-Beleuchtung und -Linsen.
Mit mehr als 20 Jahren Erfahrung in der CNC-Kunststoffbearbeitung ist Wayken auf optische Prototypen wie Automobillinsen, Lichtleiter und Reflektoren spezialisiert.Bei der Bearbeitung von durchsichtigen Kunststoffen wie Polycarbonat und Acryl kann das Erreichen einer hohen Oberflächengüte während der Bearbeitung Bearbeitungsvorgänge wie Schleifen und Polieren reduzieren oder eliminieren.Die Mikrofeinbearbeitung mittels Single-Point-Diamantbearbeitung (SPDM) kann eine Genauigkeit von weniger als 200 nm erreichen und die Oberflächenrauheit auf weniger als 10 nm verbessern.
Während Schneidwerkzeuge aus Hartmetall üblicherweise für härtere Materialien wie Stähle verwendet werden, kann es schwierig sein, die richtige Werkzeuggeometrie zum Schneiden von Aluminium bei Hartmetallwerkzeugen zu finden.Aus diesem Grund werden häufig Schneidwerkzeuge aus Schnellarbeitsstahl (HSS) verwendet.
Die CNC-Aluminiumbearbeitung ist eine der gängigsten Materialoptionen.Im Vergleich zu Kunststoffen wird Aluminium mit hohen Vorschüben und Geschwindigkeiten geschnitten und kann trocken oder mit Kühlmittel geschnitten werden.Bei der Vorbereitung zum Schneiden ist es wichtig, die Qualität des Aluminiums zu beachten.Beispielsweise sind 6000er-Typen weit verbreitet und enthalten Magnesium und Silizium.Diese Legierungen bieten eine bessere Bearbeitbarkeit als beispielsweise 7000-Sorten, die Zink als Hauptlegierungsbestandteil enthalten und eine höhere Festigkeit und Zähigkeit aufweisen.
Es ist auch wichtig, die Härtebezeichnung eines Aluminium-Grundmaterials zu beachten.Diese Bezeichnungen weisen beispielsweise auf die Wärmebehandlung oder Kaltverfestigung hin, der das Material unterzogen wurde, und können die Leistung während der Bearbeitung und im Endgebrauch beeinträchtigen.
Fünf-Achsen-CNC-Bearbeitung ist teurer und komplexer als Drei-Achsen-Maschinen, aber aufgrund mehrerer technologischer Vorteile gewinnen sie in der Fertigungsindustrie immer mehr an Bedeutung.Beispielsweise kann das Schneiden eines Teils mit Merkmalen auf beiden Seiten mit einer 5-Achsen-Maschine viel schneller erfolgen, da das Teil so befestigt werden kann, dass die Spindel beide Seiten im selben Arbeitsgang erreichen kann, während dies bei einer 3-Achsen-Maschine der Fall ist , würde das Teil zwei oder mehr Setups erfordern.5-Achsen-Maschinen können auch komplexe Geometrien und feine Oberflächengüten für die Präzisionsbearbeitung erzeugen, da der Winkel des Werkzeugs an die Form des Teils angepasst werden kann.
Neben Fräsmaschinen, Drehmaschinen und Drehzentren können auch Erodiermaschinen und andere Werkzeuge CNC-gesteuert werden.Üblich sind beispielsweise CNC-Fräs-Dreh-Zentren sowie Draht- und Senkerodiermaschinen.Für einen Fertigungsdienstleister können flexible Werkzeugmaschinenkonfigurationen und Bearbeitungsverfahren die Effizienz steigern und die Bearbeitungskosten senken.Flexibilität ist einer der Hauptvorteile eines 5-Achsen-Bearbeitungszentrums, und in Kombination mit dem hohen Anschaffungspreis der Maschinen besteht für eine Werkstatt ein großer Anreiz, sie möglichst rund um die Uhr in Betrieb zu halten.
Präzisionsbearbeitung bezieht sich auf Bearbeitungsvorgänge, die Toleranzen innerhalb von ±0,05 mm liefern, was in der Automobil-, Medizingeräte- und Luft- und Raumfahrtteilefertigung weit verbreitet ist.
Die typische Anwendung der Mikrofeinbearbeitung ist die Einzelpunkt-Diamantbearbeitung (SPDM oder SPDT).Der Hauptvorteil der Diamantbearbeitung liegt bei kundenspezifisch bearbeiteten Teilen mit strengen Bearbeitungsanforderungen: Formgenauigkeit von weniger als 200 nm sowie verbesserte Oberflächenrauheit von weniger als 10 nm.Bei der Herstellung optischer Prototypen wie durchsichtiger Kunststoff- oder reflektierender Metallteile ist die Oberflächenbeschaffenheit der Formen ein wichtiger Gesichtspunkt.Die Diamantbearbeitung ist eine Möglichkeit, bei der Bearbeitung eine hochpräzise Oberfläche mit hohem Finish zu erzeugen, insbesondere für PMMA, PC und Aluminiumlegierungen.Anbieter, die sich auf die Bearbeitung optischer Komponenten aus Kunststoff spezialisiert haben, sind hochspezialisiert, bieten jedoch einen Service an, der die Kosten im Vergleich zu Formen für Kleinserien oder Prototypen drastisch senken kann.
Natürlich wird die CNC-Bearbeitung in allen Fertigungsindustrien häufig zur Herstellung von Endverbrauchsteilen und Werkzeugen aus Metall und Kunststoff eingesetzt.Allerdings sind in der Massenproduktion andere Prozesse wie Form-, Guss- oder Stanztechniken oft schneller und kostengünstiger als die maschinelle Bearbeitung, nachdem sich die anfänglichen Kosten für Formen und Werkzeuge auf eine große Anzahl von Teilen amortisiert haben.
Die CNC-Bearbeitung ist ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung von Prototypen aus Metall und Kunststoff, da die Bearbeitungszeit im Vergleich zu Verfahren wie 3D-Druck, Guss, Formen oder Fertigungstechniken, die Formen, Matrizen und andere zusätzliche Schritte erfordern, schnell ist.
Diese Flexibilität, eine digitale CAD-Datei auf Knopfdruck in ein Teil umzuwandeln, wird von Befürwortern des 3D-Drucks oft als Hauptvorteil des 3D-Drucks angepriesen.Allerdings ist CNC in vielen Fällen auch dem 3D-Druck vorzuziehen.
Die Fertigstellung jedes Bauvolumens von 3D-gedruckten Teilen kann mehrere Stunden dauern, während die CNC-Bearbeitung Minuten dauert.
Beim 3D-Druck werden Teile in Schichten aufgebaut, was im Vergleich zu einem bearbeiteten Teil, das aus einem einzigen Materialstück besteht, zu einer anisotropen Festigkeit des Teils führen kann.
Eine engere Auswahl an Materialien, die für den 3D-Druck zur Verfügung stehen, kann die Funktionalität eines gedruckten Prototyps einschränken, während ein maschinell bearbeiteter Prototyp aus demselben Material wie das endgültige Teil hergestellt werden kann.CNC-bearbeitete Prototypen können als Designmaterialien für den Endverbrauch verwendet werden, um die Funktionsüberprüfung und die technische Überprüfung von Prototypen durchzuführen.
3D-gedruckte Merkmale wie Bohrungen, Gewindelöcher, Passflächen und Oberflächenbeschaffenheit erfordern eine Nachbearbeitung, typischerweise durch maschinelle Bearbeitung.
Während der 3D-Druck als Fertigungstechnologie durchaus Vorteile bietet, bieten die heutigen CNC-Werkzeugmaschinen viele der gleichen Vorteile, ohne bestimmte Nachteile.
CNC-Maschinen mit schneller Durchlaufzeit können rund um die Uhr im Dauereinsatz sein.Dies macht die CNC-Bearbeitung für kleine Serien von Produktionsteilen wirtschaftlich, die ein breites Spektrum an Arbeitsgängen erfordern.
Um mehr über die CNC-Bearbeitung für Prototypen und Kleinserienproduktion zu erfahren, wenden Sie sich bitte an Wayken oder fordern Sie über deren Website ein Angebot an.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 30. November 2019