So finden Sie das richtige Material für die CNC Bearbeitung

Die CNC-Bearbeitung schafft hochpräzise Bauteile für die Endverwendung. Die Werkzeuge bewältigen dabei minimale Toleranzen und ein komplexes Teiledesign. Doch wie in jedem anderen Fertigungsverfahren beeinflusst auch hier die Wahl des Materials die spätere Funktionalität und die Herstellungskosten. Welches Material infrage kommt, bestimmen die technischen Anforderungen an das Bauteil, z.B. Steifigkeit, chemische Beständigkeit oder Temperaturbeständigkeit.

Folgende Faktoren sollten Sie bei der Materialwahl vorab berücksichtigen:

Umweltbedingungen

Die zukünftige Umgebung des Bauteils stellt individuelle Anforderungen an das Material. Wird das Endprodukt zum Beispiel später im Freien oder in einer feuchten Umgebung genutzt, ist Edelstahl aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit dem weicheren Kohlenstoffstahl vorzuziehen. Auch die Spezifikationen des Designs können hier den Ausschlag zur Materialwahl geben – je nachdem, welcher maximalen Belastung das Bauteil ausgesetzt wird und welche Toleranzen bestehen dürfen. In anderen Fällen determinieren Verbindungselemente (z.B. Schweißnähte oder Nieten) das Werkstoffspektrum. Schlussendlich muss der Werkstoff in bestimmten Branchen wie Luftfahrt und Medizintechnik den behördlichen Normen und Richtlinien entsprechen.

Gewicht

Generell helfen Aluminiumlegierungen wie 6061 mit ihrer geringeren Dichte dabei Gewicht einzusparen. Kunststoffe wie ABS und Polyacetal ermöglichen noch leichtere Bauteile, wenn Kompromisse bei der Festigkeit gemacht werden können.

Festigkeit und Temperaturbeständigkeit

Es gibt viele Arten, die Beständigkeit eines Materials zu messen, z.B. die Festigkeit, die Starrheit sowie die Korrosions-, Riss- und Stoßbeständigkeit. Wählen Sie darunter exakt die Eigenschaft, die von ihrem Bauteil gefordert werden, um das passende Material zu finden.

Bezüglich der Temperaturbeständigkeit begrenzt ein Einsatzgebiet des Bauteils mit extrem niedrigen oder hohen Temperaturen die Werkstoffauswahl stark. Auch schwankende Temperaturen in der Umgebung müssen vorausgeplant werden, da einige Materialien sich selbst bei kleinen Temperaturdifferenzen stärker ausdehnen bzw. kontrahieren als andere.

Kosten

Wer die Produktionskosten von vornherein im Rahmen halten will, sollte ein besonders maschinenfreundliches und preisgünstiges Material wählen. Die Kosten steigen schließlich, je mehr Material das Bauteil benötigt. Spezialmaterialien und besonders belastbare Werkstoffe wie Titan sind teurer als Standardlösungen. Die Wahl eines Alternativmaterials zur Kostenersparnis funktioniert jedoch nur unter der Voraussetzung, dass die preisgünstige Variante alle technischen Anforderungen erfüllen kann.

Generelle Tipps zur Materialwahl

Beim CNC-Drehen und -Fräsen stehen sowohl Metall als auch Kunststoff als Material zur Verfügung. Beide Werkstoffgruppen können im individuellen Fall Vor- und Nachteile mitbringen:

Metalle

Als Faustregel gilt, dass weiche Materialien wie Aluminium und Messing leichter zu bearbeiten sind und so Maschinenzeit und Kosten reduzieren. Härtere Metalle wie Edelstahl verlangen beim Zerspanen eine geringere Geschwindigkeit der Spindel, was die Zykluszeit verlängert und die Kosten gegenüber weicheren Materialien steigert. Aluminium kann rund 4-mal schneller verarbeitet werden als der härtere Kohlenstoffstahl. Edelstahl wiederum braucht doppelt so lange Bearbeitungszeiten wie Kohlenstoffstahl.

Doch nicht nur die Bearbeitungskosten, sondern auch die Materialkosten gehen am Ende in die Gesamtkalkulation ein. Edelstahl schlägt an dieser Stelle mit dem 2- bis 3-fachen Materialpreis von Aluminium zu Buche und kostet im Vergleich zu Kohlenstoffstahl das Doppelte.

Falls Ihr Bauteil nicht die Eigenschaften eines speziellen Materials erfordert, empfiehlt es sich, eine günstigere Alternative zu suchen. Beispielsweise lässt sich Edelstahl 17-4 PH nur schwer schneiden. Wer Kompromisse bei hoher Festigkeit und Korrosionswiderstand machen kann, wählt stattdessen 304 oder 316L. Kupfer garantiert zwar eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit aber treibt die Kosten in die Höhe. Aluminium ist ebenfalls gut leitfähig und zudem maschinenfreundlicher. Maximal schonend für die Schaftfräser ist wiederum weiches Messing.

Kunststoffe

Kunststoffe können eine günstige Alternative zu Metallen bieten, wenn das Bauteil keine höchsten Anforderungen an die Steifigkeit des Materials stellt. Polyethylen lässt sich leicht bearbeiten und kostet nur 1/3 des Materialpreises von Aluminium. Obgleich hier günstige Alternativen bestehen, erschwert es Kunststoff zuweilen, die Toleranzen einzuhalten. Einige Materialen können sich aufgrund der Krafteinwirkungen nach dem Bearbeiten verziehen. Dennoch bieten auch Kunststoffe eine Palette verschiedener Eigenschaften, von Hitze- und Feuerbeständigkeit (PVC), über Korrosionsbeständigkeit (PSU) bis hin zu chemischer Beständigkeit (Polypropylen).