Einer der großen Vorteile der CNC-Bearbeitung ist ihre Vielseitigkeit. Denn Präzisions-CNC-Fräsen und -Drehen funktioniert erfolgreich mit den unterschiedlichsten Rohstoffen zur Herstellung fertiger Teile. Dies gibt Konstrukteuren viele Möglichkeiten, Prototypen und kommerzielle Produkte zu erstellen.

Die meisten CNC-Dreh- und Frästeile bestehen aus Metall. Dies liegt daran, dass Metall stark und steif ist und dem schnellen Materialabtrag durch moderne Werkzeuge standhält. Werfen wir zunächst einen Blick auf die am häufigsten für die CNC-Bearbeitung verwendeten Metalle.

Gängige Metallmaterialien für die CNC-Bearbeitung

In diesem Abschnitt lernen Sie die verschiedenen gängigen Metallmaterialien kennen, die für die CNC-Bearbeitung wertvoll sind. Wir haben diese Materialien unten aufgelistet.

Aluminium 6061

Dies ist das am häufigsten für die CNC-Bearbeitung verwendete Allzweckaluminium. Die Hauptlegierungselemente sind Magnesium, Silizium und Eisen. Wie alle Aluminiumlegierungen weist es ein gutes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht auf und ist von Natur aus beständig gegen atmosphärische Korrosion. Weitere Vorteile dieses Materials sind seine gute Verarbeitbarkeit und CNC-Bearbeitbarkeit, die Möglichkeit zum Schweißen und Eloxieren sowie seine große Verfügbarkeit und seine Wirtschaftlichkeit.

Wenn 6061 auf eine T6-Vergütung wärmebehandelt wird, hat es eine deutlich höhere Streckgrenze als geglühtes 6061, obwohl der Preis etwas höher ist. Einer der Nachteile von 6061 ist die schlechte Korrosionsbeständigkeit, wenn es Salzwasser oder anderen Chemikalien ausgesetzt wird. Es ist auch nicht so stark wie andere Aluminiumlegierungen für anspruchsvollere Anwendungen.

6061 ist ein Material, das typischerweise für Autoteile, Fahrradrahmen, Sportartikel, einige Flugzeugkomponenten und Rahmen für RC-Fahrzeuge verwendet wird.

Aluminium 7075

7075 ist eine höhere Aluminiumqualität, die hauptsächlich mit Zink legiert ist. Es handelt sich um eine der stärksten Aluminiumlegierungen, die in der Zerspanung verwendet werden, mit hervorragenden Festigkeits-/Gewichtseigenschaften.

Aufgrund der Festigkeit dieses Materials ist es durchschnittlich bearbeitbar, was bedeutet, dass es bei der Kaltumformung dazu neigt, in seine ursprüngliche Form zurückzukehren. 7075 ist auch bearbeitbar und kann eloxiert werden.

Die hochwertigen Zeltheringe von MSR bestehen aus 7075-T6-Aluminium.

7075 wird oft auf T6 gehärtet. Allerdings ist es zum Schweißen eine schlechte Wahl und sollte in den meisten Fällen vermieden werden. Wir verwenden routinemäßig 7075 T6 für die Herstellung von Kunststoffspritzgusswerkzeugen. Es wird auch für hochfeste Freizeitausrüstung zum Bergsteigen sowie für Rahmen in der Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie sowie für andere beanspruchte Teile verwendet.

Messing

Messing ist eine Legierung aus Kupfer und Zink. Es ist ein sehr weiches Metall und kann oft ohne Schmierung bearbeitet werden. Da es sich um ein Material handelt, das auch bei Raumtemperatur gut verarbeitbar ist, findet es häufig Anwendungen, bei denen keine große Festigkeit erforderlich ist. Es gibt viele Arten von Messing, die größtenteils vom Zinkanteil abhängen. Wenn dieser Prozentsatz steigt, nimmt die Korrosionsbeständigkeit ab.

Messingschlägel sind dicht, funkenfrei und weich.

Messing erhält einen Hochglanz, der Gold sehr ähnlich sieht. Aus diesem Grund wird es häufig in kosmetischen Anwendungen verwendet. Messing ist elektrisch leitfähig, aber nicht magnetisch und kann leicht recycelt werden.

Messing kann geschweißt werden, wird jedoch am häufigsten mit Niedertemperaturverfahren wie Hartlöten oder Weichlöten verbunden. Ein weiteres Merkmal von Messing besteht darin, dass es beim Auftreffen auf ein anderes Metall keine Funken erzeugt und daher für Werkzeuge in potenziell explosionsgefährdeten Umgebungen verwendet wird. Interessanterweise verfügt Messing über natürliche antibakterielle und antimikrobielle Eigenschaften, und seine Verwendung in diesem Zusammenhang wird noch untersucht.

Messing wird häufig in Sanitärarmaturen, Heimdekorationsbeschlägen, Reißverschlüssen, Marinebeschlägen und Musikinstrumenten verwendet.

Magnesium AZ31

Magnesium AZ31 ist eine Legierung mit Aluminium und Zink. Es ist bis zu 35 % leichter als Aluminium bei gleicher Festigkeit, aber auch etwas teurer.

Das Gehäuse dieser Kamera wurde mit Magnesium druckgegossen.

Magnesium ist ein Material, das sich leicht bearbeiten lässt, aber besonders in Pulverform sehr entzündlich ist und daher mit einem flüssigen Schmiermittel bearbeitet werden muss. Magnesium kann zur Verbesserung seiner Korrosionsbeständigkeit eloxiert werden. Darüber hinaus weist es als Konstruktionswerkstoff eine hohe Stabilität auf und eignet sich hervorragend für den Druckguss.

Magnesium AZ31 wird häufig für Flugzeugkomponenten verwendet, bei denen geringes Gewicht und hohe Festigkeit am wünschenswertesten sind, und ist auch in Gehäusen für Elektrowerkzeuge, Laptoptaschen und Kameragehäuse zu finden.

Edelstahl 303

Es gibt viele Arten von Edelstahl, die so genannt werden, weil sie Chrom enthalten, das Oxidation (Rost) verhindert. Da alle rostfreien Stähle gleich aussehen, muss große Sorgfalt darauf verwendet werden, eingehendes Rohmaterial mit modernen Messgeräten wie OES-Detektoren zu testen, um die Eigenschaften des Stahls zu bestätigen, den Sie für die Bearbeitung verwenden.

Im Fall von 303 wird zusätzlich Schwefel zugesetzt. Dieser Schwefel trägt dazu bei, dass 303 der am leichtesten zu bearbeitende Edelstahl ist, verringert aber tendenziell auch etwas seinen Korrosionsschutz.

303 ist keine gute Wahl für die Kaltumformung (Biegen) und kann auch nicht wärmebehandelt werden. Das Vorhandensein von Schwefel bedeutet auch, dass es nicht zum Schweißen geeignet ist. Es verfügt zwar über hervorragende Bearbeitungseigenschaften, es muss jedoch auf Geschwindigkeiten/Vorschübe und die Schärfe der Schneidwerkzeuge geachtet werden.

303 wird häufig für rostfreie Muttern und Schrauben, Armaturen, Wellen und Zahnräder verwendet. Es sollte jedoch nicht für Armaturen in Marinequalität verwendet werden.

Edelstahl 304

Dies ist die häufigste Form von Edelstahl, die in einer Vielzahl von Verbraucher- und Industrieprodukten zu finden ist. Dies wird oft als 18/8 bezeichnet und bezieht sich auf die Zugabe von 18 % Chrom und 8 % Nickel zur Legierung. Diese beiden Elemente machen diesen Bearbeitungswerkstoff zudem besonders zäh und unmagnetisch.

304 ist ein Material, das sich leicht bearbeiten lässt, im Gegensatz zu 303 jedoch geschweißt werden kann. Außerdem ist es in den meisten normalen (nicht chemischen) Umgebungen korrosionsbeständiger. Für Maschinisten sollte es mit sehr scharfen Schneidwerkzeugen bearbeitet werden und nicht mit anderen Metallen verunreinigt werden.

Schrauben, Muttern und andere Befestigungsteile bestehen häufig aus Edelstahl 304.

Edelstahl 304 ist eine ausgezeichnete Materialwahl für Küchenzubehör und Besteck, Tanks und Rohre, die in der Industrie, Architektur und Automobilverkleidung verwendet werden.

Edelstahl 316

Der Zusatz von Molybdän macht 316 noch korrosionsbeständiger und wird daher oft als Edelstahl in Marinequalität angesehen. Es ist außerdem robust und leicht zu schweißen.

Zur Herstellung dieses Schäkels für ein Boot wurde Edelstahl 316 verwendet.

316 wird in Architektur- und Schiffsbeschlägen, für Industrierohre und -tanks, Automobilverkleidungen und Küchenbesteck verwendet.

Kohlenstoffstahl 1045

Dabei handelt es sich um eine gängige Weichstahlsorte, d. h. nicht um rostfreien Stahl. Es ist in der Regel günstiger als rostfreier Stahl, aber wesentlich stärker und widerstandsfähiger. Es ist leicht zu bearbeiten und zu schweißen und kann für verschiedene Härten kaltverfestigt und wärmebehandelt werden.

Kohlenstoffstahl hält wiederholten Hammerschlägen stand

1045-Stahl (in der europäischen Norm C45) wird in vielen industriellen Anwendungen für Muttern und Schrauben, Zahnräder, Wellen, Pleuelstangen und andere mechanische Teile verwendet, die ein höheres Maß an Zähigkeit und Festigkeit als Edelstahl erfordern. Es wird auch in der Architektur verwendet, aber wenn es der Umwelt ausgesetzt wird, wird es normalerweise oberflächenbehandelt, um Rost zu verhindern.

Titan

Titan ist bekannt für seine hohe Festigkeit, sein geringes Gewicht, seine Zähigkeit und seine Korrosionsbeständigkeit. Es kann geschweißt, passiviert und eloxiert werden, um den Schutz zu erhöhen und sein Aussehen zu verbessern. Titan lässt sich nicht besonders gut polieren, ist ein schlechter Stromleiter, aber ein guter Wärmeleiter. Da es sich um ein schwer zu bearbeitendes Material handelt, sollten nur Spezialfräser verwendet werden.

Dieses Ersatz-Hüftgelenk und die Hüftpfanne wurden aus Titan in 3D gedruckt

Titan ist im Allgemeinen biokompatibel und hat einen sehr hohen Schmelzpunkt. Obwohl es teurer als andere Metalle in kommerzieller Form ist, handelt es sich um ein Material, das bei der Bearbeitung verwendet wird und in der Erdkruste tatsächlich sehr häufig vorkommt, aber schwieriger zu veredeln ist.

Titan eignet sich gut für den Pulverbett-3D-Metalldruck. Es findet Anwendung in den anspruchsvollsten Bereichen der Luft- und Raumfahrt, des Militärs, der Biomedizin und der Industrie, wo es Hitze und korrosiven Säuren gut standhält.

Gängige Kunststoffmaterialien für die CNC-Bearbeitung

Kunststoffharze, die zum CNC-Fräsen und -Drehen verwendet werden, müssen steif genug sein, um ihre Form beizubehalten, während sie in einen Schraubstock oder eine Vorrichtung eingespannt werden. Das ist eine Überlegung, die den Bereich der verfügbaren Materialien einschränkt. Die folgenden Arten von Kunststoffharzen haben sich im Laufe der Jahre bewährt, da sie stabil, stark und leicht zu bearbeiten sind und großartige Fertigteile und Prototypen ergeben.

Abs

ABS ist eine ausgezeichnete Wahl für die CNC-Bearbeitung. ABS ist ein robuster, schlagfester Kunststoff, der außerdem beständig gegen Chemikalien und elektrischen Strom ist.

ABS lässt sich leicht einfärben und liefert daher gute kosmetische Ergebnisse. Aufgrund seiner Vielseitigkeit und Festigkeit ist es der am häufigsten verwendete Kunststoff für das Rapid Prototyping. Man findet es unter anderem in Automobilkomponenten, Elektrowerkzeugen, Spielzeug und Sportartikeln. ABS ist kostengünstiger als andere technische Kunststoffe wie PEEK oder Ultem, hält hohen Temperaturen jedoch nicht über längere Zeiträume stand.

Nylon

Nylon hat viele der gleichen wünschenswerten Eigenschaften wie ABS. Es hat eine höhere Zugfestigkeit, weshalb wir es für Stoffe und Seile verwenden. Nylon- und ABS-Harze werden oft zusammen mit Glasfasern gemischt, um ihre gewünschten Eigenschaften zu verbessern. Nylon kann viele mechanische Teile ersetzen und wird aufgrund seiner guten Oberflächenschmierung zum Bewegen von Zahnrädern und Gleitkomponenten verwendet. Ein Nachteil von Nylon besteht darin, dass es mit der Zeit Feuchtigkeit aufnimmt und daher nicht für Anwendungen im Meer geeignet ist. Und die Schneidwerkzeuge können bei der Bearbeitung stark beansprucht werden.

PMMA-Acryl

PMMA ist ein starres, transparentes Harz, das als Ersatz für Glas oder bei der Herstellung anderer klarer optischer Teile verwendet wird. Es ist kratzfest, aber weniger schlagfest als Polycarbonat. Ein Vorteil von PMMA besteht darin, dass es kein Bisphenol-A enthält und daher zur Lagerung von Lebensmitteln verwendet werden kann. Nach der Bearbeitung zeigt Acryl eine trübe, matte Oberfläche. Die Oberfläche kann durch Dampfpolieren behandelt werden, was wir bei BE-CU durchführen, um sie optisch klar zu machen. Bei Acryl ist zu beachten, dass es anfällig für Hitzeverformungen ist und daher vor der Bearbeitung spannungsarm gemacht werden sollte. PMMA wird für Bildschirme, Lichtleiter, Linsen, durchsichtige Gehäuse, zur Aufbewahrung von Lebensmitteln und als Ersatz für Glas verwendet, wenn die Festigkeit keine Rolle spielt.

SPÄHEN

PEEK ist ein echter hochfester und stabiler technischer Kunststoff. Es kann in vielen Anwendungen als Metallersatz verwendet werden und hält einer längeren Einwirkung hoher Temperaturen stand. PEEK wird für fortschrittliche medizinische, Luft- und Raumfahrt- sowie elektronische Komponenten verwendet. Es ist auch eine gute Wahl für leichte Vorrichtungen, da es im Gegensatz zu anderen Harzen nicht dazu neigt, mit der Zeit zu kriechen oder sich zu verformen. PEEK ist viel teurer als viele andere Kunststoffe und wird daher meist nur dann verwendet, wenn kein anderer Kunststoff ausreicht. In vielen Fällen muss es während des Bearbeitungsprozesses geglüht werden, da es sonst zu Spannungsbrüchen kommt.

UHMWPE

Dieser lange Name bedeutet „Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht“. Tatsächlich gibt es verschiedene Arten von PE mit unterschiedlichen mechanischen und chemischen Eigenschaften. UHMWPE ist besonders hart und fest, sehr chemikalienbeständig und verfügt über eine von Natur aus glatte Oberfläche. All diese Eigenschaften machen UHMWPE zum Standard für die Behandlung von Gelenkersatz. Dieses Material wird auch in Meeresumgebungen, in der Lebensmittel- und Chemieverarbeitung sowie für Getriebezüge und Förderbänder verwendet.

Andere CNC-Bearbeitungsmaterialien

In dieser Tabelle finden Sie weitere CNC-Bearbeitungsmaterialien, die in der Branche zu finden sind.

Wie wählt man die richtigen CNC-Bearbeitungsmaterialien aus? Unsere Schritt-für-Schritt-Anleitungen

Die oben genannten Informationen können Ihnen bei der Entscheidung darüber helfen, welches Material für Ihre Anwendung am besten geeignet ist, wobei zu berücksichtigen ist, dass in vielen Fällen mehr als eine Auswahl problemlos ausreicht.

Wir raten unseren Partnerkunden immer, die Umgebung zu berücksichtigen, in der das Teil verwendet wird, und welche Arten von Kräften es während seiner gesamten Lebensdauer ausgesetzt sein wird. Obwohl es viele Variablen gibt, sind es unserer Erfahrung nach die Bereiche, die den größten Einfluss auf die Rohstoffeignung haben.

Feuchtigkeit

Muss das Produkt Salz- oder Süßwasser standhalten? Einige Metalle und Kunststoffe sind von Natur aus korrosionsbeständig, während andere Materialien möglicherweise zusätzliche Oberflächenbehandlungen wie Lackieren, Plattieren oder Eloxieren benötigen. Und ja, selbst viele Kunststoffarten, wie zum Beispiel Nylon, können mit der Zeit Wasser absorbieren, was zu einem vorzeitigen Teileversagen führt.

Stärke

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, das Konzept der Festigkeit in der Materialwissenschaft zu verstehen, und das Thema ist sehr komplex und technisch. Im Allgemeinen sind Produktingenieure besorgt über Folgendes:

• Zugfestigkeit: Wie gut widersteht das Material einer Zugkraft?
• Druck oder Belastung: Wie gut hält das Material einer Dauerbelastung stand?
• Zähigkeit: Wie gut ist das Material reißfest?
• Elastizität: Wie gut schnappt das Material nach Entlastung wieder in seine ursprüngliche Form zurück?
• Alle Materialien unterscheiden sich in den verschiedenen Festigkeitsarten, die sie aufweisen. Daher ist es wichtig, Ihre tolerierbaren Grenzen zu kennen und dann ein Material auszuwählen, das einen ausreichenden Sicherheitsfaktor aufweist, der weit über diesen Grenzen liegt.

Die gute Nachricht ist, dass es viele Online-Websites mit Materialdaten gibt, die umfassende technische Informationen zu allen verfügbaren kommerziellen Metallen und Kunststoffen bieten. Daher sollten Sie diese im Voraus konsultieren.

Hitze

Alle Materialien dehnen sich bei Hitze aus und ziehen sich zusammen. Dies könnte möglicherweise Auswirkungen auf Ihr Teil haben, wenn es vielen Heiz- und Kühlzyklen ausgesetzt wird. Je heißer Teile werden, desto weicher und flexibler werden sie, bevor sie ihren Schmelzpunkt erreichen. Hitze kann auch dazu führen, dass einige Kunststoffharze ausgasen oder einem thermischen Abbau unterliegen, der ihre chemischen Bindungen zerstört. Um den Ausfall kritischer Teile zu verhindern, verwenden Sie daher immer ein Material, das bei einer Temperatur weit über Ihren erwarteten Arbeitsbedingungen thermisch stabil ist.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosion umfasst viel mehr als nur die Einwirkung von Wasser. Jede schädliche chemische Reaktion mit einer anderen Fremdsubstanz könnte möglicherweise zum Ausfall eines Teils führen. Zu diesen Substanzen gehören Öle, Reagenzien, Säuren, Salze, Alkohole, Reinigungsmittel usw. Konsultieren Sie die entsprechenden Materialdatenblätter, um sicherzustellen, dass Ihr Metall oder Kunststoff allen erwarteten chemischen Belastungen standhält.

Bearbeitbarkeit

Bei relativ weichem Kunststoff ist die Bearbeitbarkeit kein großes Problem, bei bestimmten Arten von Metall oder Kohlefaser kann die Bearbeitbarkeit ein großes Problem darstellen. Extrem robuste Materialien, und dazu gehört auch Kohlefaser, können teure Schneidwerkzeuge schnell zerstören. Andere erfordern eine sehr sorgfältige Kontrolle der Schnittgeschwindigkeit und der Vorschubgeschwindigkeiten. Zudem lassen sich einige Materialien schneller verarbeiten als andere. Bei längeren Produktionsläufen kann die Verwendung eines Metalls, das schnell bearbeitet werden kann, langfristig erheblich Zeit und Geld sparen.

Kosten

Natürlich gibt es bei allen Rohstoffen Kostenüberlegungen. Wir empfehlen jedoch allen Produktentwicklern dringend, zu bedenken, dass Kosteneinsparungen durch die Wahl eines minderwertigeren Materials auf lange Sicht niemals eine gute Idee sind. Wählen Sie lieber das beste Material, das Sie sich leisten können und das dennoch alle notwendigen Funktionen bietet. Dies trägt dazu bei, die Haltbarkeit des fertigen Teils zu gewährleisten.

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Obwohl dies die gängigsten Metalllegierungen sind, die wir für die meisten CNC-Fräs- und Dreharbeiten verwenden, gibt es noch viele weitere, die für fast jede Anwendung geeignet sind. Gerne arbeiten wir mit Ihnen zusammen, um Ihnen die beste Lösung zu empfehlen, wenn Sie Ihre CAD-Dateien für ein Angebot hochladen.