So reduzieren Sie die Kosten Ihrer CNC Fertigung

Die Herstellung von Bauteilen via CNC-Verfahren gehört aufgrund der an den Tag gelegten Qualität und Flexibilität nicht umsonst zu den beliebtesten Herstellungsverfahren. Wenn es allerdings um die Kosten geht, folgt schnell die Ernüchterung, zumal die abgerechneten Maschinenstunden oftmals den kostentechnischen Flaschenhals darstellen und dabei sogar die Materialkosten und die Kosten für das individuelle Bauteilfinisch überschreiten.

Ziel sollte es also in jedem Fall sein, die Maschinenstunden, wo es nur geht zu reduzieren, ohne dabei aber Abstriche in puncto Qualität machen zu müssen. Die Bandbreite der Schritte, um eine Kostenreduktion zu erreichen, ist jedoch breit gefächert.

Kostenvorteile durch Zerlegung und das Ausnutzen von Skaleneffekten

Um die Maschinenarbeitszeit bezogen auf ein einziges Bauteil zu reduzieren, macht es insbesondere hinsichtlich komplexer Werkstücke mit vielen Hohlräumen Sinn, diese nach Möglichkeit in mehrere Teile zu zerlegen und erst nach der Fertigung zusammenzusetzen. Maschinenarbeitszeit und Kosten werden vorrangig deshalb gespart, da in einem Arbeitsgang nur eine beschränkte Menge an Werkzeugen zum Einsatz kommt und diese damit nicht mehrfach ausgetauscht werden müssen. Eng im Zusammenhang mit der Aufsplittung komplexer Werkstücke steht auch die Ausnutzung quantitativer Skaleneffekte hinsichtlich der Fertigungsquantität, da die Produktionsprozesse nur ein einziges Mal für eine hohe Stückzahl eingestellt und nicht mehrfach angepasst werden müssen. Seine maximale Kosteneffizienz erreicht das CNC-Verfahren indes in einem Bereich von 8.000-10-000 zu fertigenden Einheiten.

Einheitliche Innenkanten sparen zeitintensive Prozessschritte

Wie lange die Fertigung eines Werkstücks dauert, hängt oft von den Details ab, sodass es vor allem in dieser Hinsicht Optimierungspotenzial wahrzunehmen gilt. Die Ausgestaltung von Kanten, und insbesondere innerer Kanten, ist ein fertigungstechnischer Flaschenhals, zumal speziell ein sehr gering gewählter Kantenradius den Einsatz mehrerer filigraner Werkzeuge sowie mehrerer Prozessdurchgänge bedarf. Im Idealfall sollten Werkstücke daher so geplant werden, dass in puncto Innenkanten ein optimales Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis (LD-Ratio) von 3:1 oder weniger eingehalten wird.

Darüber hinaus ist es empfehlenswert, den einmal gewählten Radius für das gesamte Bauteil beizubehalten, um unter anderem Werkzeugwechsel zu vermeiden. Ebenso wie die Kantenfertigung beansprucht auch die Ausgestaltung großer Hohlräume viel Zeit, was dementsprechend bereits im Rahmen des Werkstückdesigns berücksichtigt werden muss.

Da die kostenoptimierte Planung von CNC-Teilen damit an Komplexität gewinnt, stehen wir Ihnen bei der Planung und Optimierung Ihres Vorhabens gerne zur Seite.

Fertigungstoleranzen und Wandstärken optimieren

Ingenieure und Produktdesigner neigen gerne dazu, Bauteile in höchster Präzision zu planen und in der Folge sehr enge Fertigungstoleranzen festzulegen. Bei den meisten Bauteilen sind derart eng gesteckte Toleranzen aber nicht notwendig, sondern führen ganz im Gegenteil eher dazu, dass die notwendige Fertigungszeit ansteigt. In der Regel reichen Fertigungstoleranzen von 0,005 – 0,001 Zoll aus, womit geringere Werte nur im Fall funktioneller Erforderlichkeiten sinnvoll erscheinen.

Eng gesteckte Toleranzen sind insbesondere hinsichtlich der Wanddicke filigraner Werkstücke ein großes zeittechnisches Problem, da die Fertigung in immer feiner werdenden Schritten ablaufen muss, um das Bauteil selbst nicht zu beschädigen. Um die Kosten für die maschinelle Fertigung so gering wie möglich zu halten, empfiehlt sich daher eine Mindestwandstärke von rund 0,8 Millimetern.

Sollten dennoch geringere Wandstärken notwendig sein, bieten sich andere Fertigungsverfahren wie die Sheet Metal Fabrication an. Standardisierung ist dementsprechend einer der Hauptaspekte, mit dem Maschinenarbeitszeit und Fertigungskosten einsparen lassen.

Zu dieser Standardisierung zählt auch beispielsweise die Beachtung standardisierter Bohrungsgrößen, denn sobald ein Bauteil nicht genormte Bohrlochgrößen aufweist, erhöht sich der Aufwand durch den Einsatz mehrerer Werkzeuge. Wo immer es geht, sollten Bohrungen so gestaltet werden, dass Standardwerkzeuge unmittelbar zum Einsatz kommen können.

Geschickter Materialeinsatz zahlt sich aus

Bei aller Detailoptimierung sind es aber häufig auch die Dinge auf der Makroebene, die einen großen Einfluss auf die Maschinenarbeitszeit und damit auch die Produktionskosten der CNC-Fertigung nehmen. Entscheidend für die Kostenentwicklung ist dabei vor allem das verwendete Material, denn insbesondere weichere Metalle lassen sich aus verschiedenen Gründen kosteneffizienter einsetzen.

Ursächlich ist neben dem möglichen Einsatz kostengünstigerer Werkzeuge auch schlicht die Tatsache, dass die Bearbeitung vergleichsweise weicher Metalle deutlich weniger Zeit in Anspruch nimmt. Neben der Wahl des richtigen Metalles ist es auch die Festlegung der angestrebten Materialfinishs, welches die Kosten stark beeinflusst. Je mehr unterschiedliche Oberflächenfinalisierungsschritte dabei bei einem Bauteil zum Einsatz kommen, desto kostenintensiver gestaltet sich die Fertigung.

In vielen Fällen ist es daher auch aus Sicht der Oberflächengestaltung besser, ein Bauteil nach Möglichkeit in mehrere Fertigungssegmente zu zerlegen.