Bei CNC-bearbeiteten Teilen gibt es immer eine Auswahl an Materialien, die direkt vom Projekt und den Designanforderungen abhängen. Da wir über die Bearbeitung von Metall und Kunststoff sprechen, liegt unser Fokus auf den Eigenschaften beider Materialien und auf den Herausforderungen bei der Bearbeitung von Kunststoffen und Metallen.
Beim Erstellen von Teilen ist es notwendig, das entsprechende Material auszuwählen. Das Ersetzen von Teilen, die bisher aus Metall bestanden, durch Kunststoff kann zu qualitativ hochwertigeren Produkten und einer höheren Produktivität führen. Ist Metall gut? Oder ist es besser, Harz zu wählen? Um die richtige Wahl zu treffen, müssen Sie die Eigenschaften jedes Materials verstehen.
Durch das Verständnis der Materialeigenschaften können Sie Materialien auswählen, die den Anforderungen des Teils entsprechen und zudem kostengünstig sind.
Auch wenn im Allgemeinen Metalle und Kunststoffe bezeichnet werden, unterscheiden sich ihre Eigenschaften je nach Material erheblich.
Metall- vs. Kunststoffbearbeitung
In den letzten Jahrzehnten hat sich die Technologie in der Kunststoffindustrie weiterentwickelt und viele Kunststoffmaterialien mit ausgezeichneter Hitzebeständigkeit und Haltbarkeit entwickelt. Hochtemperaturbeständige technische Kunststoffe und Super-Engineering-Kunststoffe können nun als Ersatz für Hochtemperaturteile, beispielsweise im Bereich von Motoren, verwendet werden, was bisher nur mit Metall möglich war.
Während das Kernkonzept der CNC-Bearbeitung dasselbe bleibt, gibt es einige wichtige Überlegungen bei der Arbeit mit verschiedenen Materialien:
- Werkzeug: Aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften von Metallen und Kunststoffen werden unterschiedliche Schneidwerkzeuge benötigt. Metalle erfordern stärkere und langlebigere Werkzeuge, um die höheren Schnittkräfte bewältigen zu können.
- Bearbeitungsgeschwindigkeiten und Vorschübe: Die Geschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit, mit der die CNC-Maschine arbeitet, wird ebenfalls an die Materialhärte angepasst. Je härter das Material ist, desto geringer sind Geschwindigkeit und Vorschub. Beispielsweise benötigt Stahl bei der Bearbeitung eine geringere Geschwindigkeit und einen geringeren Vorschub als Aluminium. Im Allgemeinen benötigen Metallmaterialien im Vergleich zu Kunststoffen eine geringere Geschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit. Allerdings sind einige hochtechnische Kunststoffe wie FR4 oder technische Kunststoffe mit Fasern noch härter als normales Metall und erfordern daher eine geringere Geschwindigkeit und einen langsameren Vorschub, wenn diese Art von Kunststoffmaterial bearbeitet wird.
- Kühlung und Schmierung: Bei der Bearbeitung kann Wärme entstehen, und je nach Material können Kühltechniken wie Flüssigkeiten oder Nebel eingesetzt werden, um ein Verziehen oder Schmelzen zu verhindern.
Materialien: Metalle vs. Kunststoffe
Die grundlegenden Eigenschaften von Kunststoff und Metall sind sehr unterschiedlich. Wenn Sie die Eigenschaften von Kunststoff und Metall grob kennen, fällt Ihnen die Materialauswahl leichter. Wir erklären Ihnen Stück für Stück die Eigenschaften von Kunststoffen und Metallen sowie die Unterschiede in der Verarbeitung.
Anteil
Wenn gewöhnlicher Kunststoff 1 ist, ist Aluminium 2 bis 3 Mal schwerer und Eisen und Kupfer sind 8 bis 9 Mal schwerer.
Die Eigenschaften von Kunststoffmaterialien, die leichter als Metalle sind, sind unter anderem nützlich, um das Gewicht von Automobilen zu reduzieren und die Kraftstoffeffizienz zu verbessern.
Elektrische Leitfähigkeit
Stahl leitet Strom, Kunststoff jedoch grundsätzlich nicht und eignet sich daher für die Herstellung isolierender Teile. Andererseits lädt sich Kunststoff leicht mit Elektrizität auf und zieht daher Staub an.
Darüber hinaus werden einige Kunststoffe als „leitfähige Kunststoffe“ bezeichnet, die Strom leiten.
Hitzebeständigkeit
Allzweckharze haben eine geringere Hitzebeständigkeit als Metalle. Daher ist es im Allgemeinen nicht für den Einsatz als Teile in Umgebungen mit hohen Temperaturen, beispielsweise in der Nähe von Automotoren, geeignet. Mit der Entwicklung technischer Kunststoffe können jedoch immer mehr technische Kunststoffe wie PEEK, PBS und Fasern als Hochtemperaturteile rund um Motoren verwendet und durch Metall ersetzt werden.
Schlagfestigkeit
Im Allgemeinen weist Metall eine höhere Schlagfestigkeit auf als Kunststoff. Es gibt jedoch auch Kunststoffe, deren Festigkeit durch den Zusatz von Glasfasern erhöht wurde. Auch als Materialien für Autostoßstangen werden hochschlagfeste Kunststoffe verwendet.
Chemische Resistenz
Mit Ausnahme einiger Arten sind Metalle anfällig für Oxidation und Rost. Andererseits haben Kunststoffe die Eigenschaft, empfindlich gegenüber organischen Lösungsmitteln zu sein, es gibt jedoch Arten, die eine hohe chemische Beständigkeit aufweisen. Auch wenn Metallteile vor Rost geschützt werden müssen, ist bei Kunststoffen kein Rostschutz erforderlich, da sie nicht rosten.
Hohe Formfreiheit
Allzweckharze haben einen niedrigen Schmelzpunkt und lassen sich daher leichter formen als Metalle.
Darüber hinaus verfügt es über Eigenschaften, die für die Massenproduktion geeignet sind, und kann die Produktionskosten des Produkts senken.
Die geeignete Form und Produktivität unterscheiden sich jedoch je nach Formverfahren. Daher ist es wichtig, ein Formverfahren auszuwählen, das zu dem von Ihnen herzustellenden Teil passt.
Einfaches Färben
Sowohl Harz als auch Metall können plattiert oder lackiert werden, Kunststoff kann jedoch durch Mischen von Farbstoffen mit dem Material in einem farbigen Zustand geformt werden. Geeignet für die Massenproduktion gleichfarbiger Teile.
Dimensionsstabilität
Im Vergleich zu Metallen reagieren Kunststoffe empfindlicher auf Temperaturänderungen. Je höher die Temperatur, desto stärker ändern sich ihre Eigenschaften wie z. B. die Steifigkeit.
Kosten
Allzweckharze sind oft zu günstigeren Preisen erhältlich als Metalle. Andererseits sind Hochleistungskunststoffe wie technische Kunststoffe oft teurer als Metalle.
Bearbeitungsprozess von Metall und Kunststoffen
Der CNC-Bearbeitungsprozess umfasst drei Haupttechniken zur Bearbeitung von Metallen und Kunststoffen:
- Fräsen
- Bohren
- Drehung
Fräsen
CNC-Fräsen basiert auf der Rotationsbewegung des Fräsers, der sich entlang der Oberfläche des bearbeiteten Materials bewegt und dieses schneidet. Das Werkstück bleibt dabei stationär. Fräsmaschinen arbeiten im Gegensatz zu Drehmaschinen hauptsächlich auf ebenen Flächen. Die Arbeit wird mit einem Vielzahnfräser ausgeführt, der durch das Trennen unnötiger Schichten des Werkstücks ihm die gewünschten Abmessungen, Formen oder Struktur verleiht.
Bohren
CNC-Bohren ist dank der Verwendung spezieller Bohrertypen möglich, aber nicht nur das. CNC Bohrung manchmal werden zu diesem Zweck Fräsmaschinen oder Drehmaschinen eingesetzt. Es hängt alles von der Art des Arbeitsmaterials und der Art des Lochs ab, das wir erhalten wollen bzw. benötigen.
Dank der Möglichkeit der äußerst präzisen Positionierung des Bohrers in jeder Ebene ist es möglich, nahezu jede Art von Loch mit genau eingestellter Tiefe und Durchmesser zu bohren.
Drehung
CNC-Drehen ist eine Bearbeitungsmethode, bei der der Durchmesser eines Objekts verringert und ihm eine zylindrische oder konische Form verliehen wird. Dieser Prozess erfolgt unter Einbeziehung eines Schneidwerkzeugs. Das Werkstück wird auf der Vorrichtung eingespannt und dann einer konstanten Hochgeschwindigkeitsrotation ausgesetzt. Das Schneidwerkzeug wird darauf zubewegt, um die nötige Vorschubkraft bereitzustellen. Es bewegt sich geradlinig und schneidet nachfolgende Schichten.
Kann die gleiche Maschine für die Metall- und Kunststoffbearbeitung verwendet werden?
In den meisten Szenarien können wir zwar dieselben Maschinen verwenden, es sind jedoch einige wichtige Faktoren zu berücksichtigen, wie zum Beispiel:
Materialspezifische Überlegungen
Neben Fräsen, Bohren und Drehen gibt es noch einige weitere Faktoren, die bei der Bearbeitung von Metallen und Kunststoffen berücksichtigt werden müssen. Es gibt:
- Schnittparameter
- Kühlstrategien
- Werkzeugauswahl
Schnittparameter
Die Schnittparameter definieren den Vorschub und die Geschwindigkeit zum Betrieb einer CNC-Maschine. Aufgrund der harten Eigenschaften benötigen Metallmaterialien im Allgemeinen eine geringere Geschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit als Kunststoffe. Dies trägt dazu bei, den Werkzeugverschleiß und die übermäßige Wärmeentwicklung während des Bearbeitungsprozesses zu minimieren.
Kühlstrategien
Um die Werkzeuglebensdauer und die Teileintegrität aufrechtzuerhalten, ist es entscheidend, die Temperatur während des Bearbeitungsprozesses zu kontrollieren. Daher spielt hier die Kühlmittelauswahl eine entscheidende Rolle.
Hochwasserkühlung: Es ist eine gängige Praxis, bei der in der Schneidzone große Kühlmittelmengen verwendet werden. Es hilft, die Wärme deutlich abzuleiten.
Nebelkühlung: Zur Bearbeitung von Kunststoffen wird die Nebelkühlungstechnik bevorzugt. Bei dieser Methode verwenden wir eine geringere Menge Kühlmittel zur Temperaturregelung.
Werkzeugauswahl
Welche Art von Schneidewerkzeug Ist es am besten, Metalle und Kunststoffe zu schneiden? Dies ist ein weiterer wichtiger Punkt, den es zu berücksichtigen gilt. Da Metalle stark sind, benötigen sie verschleißfestere Werkzeuge wie Hartmetall. Für die Bearbeitung von Kunststoffen hingegen können wir Stahl- oder diamantbeschichtete Werkzeuge verwenden.
Schwierigkeitsgrade: Metalle vs. Kunststoffe
Es besteht die allgemeine Auffassung, dass die Metallbearbeitung im Vergleich zur Kunststoffbearbeitung anspruchsvoller ist, Kunststoff jedoch schwieriger zu bearbeiten ist. Dies liegt an den Präzisionstoleranzen, die ziemlich schwer zu kontrollieren sind. Der Grund dafür ist, dass der Kunststoff selbst eine innere Spannung ausübt. Infolgedessen kann es zu Verformungen und Rissen kommen, die schließlich dazu führen, dass das Produkt außerhalb der Toleranz liegt oder weggeworfen wird.
Um dieses Problem zu lösen, benötigen Ingenieure mehr Erfahrung in der Kunststoffverarbeitung, damit sie jedes betriebliche Detail beherrschen können. Die Ingenieure von Boyi Technology verfügen über mehr als 10 Jahre Berufserfahrung in der Verarbeitung von Kunststoffen. Sie wissen genau, wie sie den Prozess gut steuern und einzigartige und hochwertige Kunststoffteile für unsere Kunden herstellen können.
Bringen Sie Ihre Teile noch heute in Produktion
Alle Uploads sind sicher und vertraulich.
Größerer Schwierigkeitsgrad:
Während Metalle im Allgemeinen härter sind, kann die Bearbeitung von Kunststoffen aufgrund ihrer Eigenschaften eine große Herausforderung darstellen. Hier ist der Grund:
- Hitzeempfindlichkeit: Kunststoffe haben im Vergleich zu Metallen niedrigere Schmelzpunkte. Eine geringfügige Temperaturerhöhung kann die Teile verformen.
- Vielfältige Materialeigenschaften: Um die besten Ergebnisse zu erzielen, ist es von größter Bedeutung, das beste Kunststoffmaterial auszuwählen. Es wird Ihnen helfen, ein perfektes Teil zu fertigen, ohne dass Probleme entstehen.
Präzisionsherausforderungen bei Metallen und Kunststoffen:
Es ist sehr schwierig, bei der CNC-Bearbeitung die engen Toleranzen bei Kunststoffen im Vergleich zu Metallen einzuhalten. Dies hat zwei Hauptgründe:
- Materialverformung
- Bearbeitungseffekte
Begrenzte Verfügbarkeit:
Aufgrund mangelnder technischer Fachkenntnisse bieten nicht alle CNC-Bearbeitungsunternehmen CNC-Kunststoffbearbeitung an.
Nachbearbeitungsbedarf:
Kunststoffteile erfordern eine manuelle Endbearbeitung, die Fachwissen und Technologie erfordert, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Andererseits sind Metalle einfache Materialien für die Oberflächenveredelung. Während des Schneidvorgangs besteht die Möglichkeit, dass an den Seiten kleine Grate entstehen. Diese Grate werden mittels manueller Nachbearbeitungstechnik entfernt.
Weitere Informationen zum Entgraten finden Sie unter diese Ressource.
Anwendungen CNC-Bearbeitung von Metall und Kunststoff
| Merkmal | Metallbearbeitung | Kunststoffbearbeitung |
| Typische Anwendungen | Motorkomponenten (Kolben, Ventile) Luft- und Raumfahrtteile (Flügelkomponenten, Fahrwerk) Medizinische Implantate | Prototypen und Kleinserienteile Verbraucher (Telefone, Laptops) Medizinische Geräte |
| Materialeigenschaften hervorgehoben | Stark und hitzebeständig | Leichtgewicht |
| Kernbearbeitungstechniken | Fräsen, Bohren, Drehen | Fräsen, Bohren |
| Schnittparameter | Langsamere Geschwindigkeiten, geringere Vorschubgeschwindigkeiten | Höhere Geschwindigkeiten, höhere Vorschübe |
| Kühlstrategien | Flutkühlung (hoher Kühlmitteldurchfluss) üblich Bei hochhartem Stahl ist aus Wirkungs- und Kostengründen eine Luftkühlung zu verwenden | Nebelkühlung Flutkühlung (hoher Kühlmitteldurchfluss) |
| Werkzeugauswahl | Hartmetall, Schnellarbeitsstahl | Hochwertiger Stahl, diamantbeschichtet |
| Schwierigkeit | Herausfordernder | Aufgrund der Hitzeempfindlichkeit schwierig |
| Präzisionstoleranzen | Es ist einfacher, enge Toleranzen einzuhalten | Schwierigkeiten bei engen Toleranzen |
| Nachbearbeitung | Weniger manuelle Nachbearbeitung | Entgraten und Reinigen sind häufig erforderlich |
Fazit
In jüngster Zeit sind jedoch Harzmaterialien wie technische Kunststoffe und hochtechnische Kunststoffe auf den Markt gekommen, die eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit und Haltbarkeit aufweisen. Harz wird auch für Teile verwendet, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, und die Metallsubstitution schreitet voran.
Es ist jetzt möglich, Metallersatzteile für Teile in Motorsystemen wie Antriebssträngen, Getrieben und Wärmemanagementsystemen von Autos zu verwenden, die bisher als unmöglich ersetzbar galten.
Boyi Technology Präzisionsbearbeitung
Boyi-Technologie ist ein führendes Unternehmen, das Komplettlösungen für Metalle und Kunststoffe anbietet CNC-Bearbeitung. Wir verfügen über modernste CNC-Maschinen für Fräs- und Drehbearbeitungen. Darüber hinaus können wir durch den Einsatz von 5-Achsen-Maschinen komplexe Teile effektiv und mit höherer Präzision herstellen.
Gleichzeitig verfügen wir über erfahrene Mitarbeiter mit jahrzehntelanger Erfahrung in Spritzgießen. Es besteht keine Notwendigkeit, etwas auszulagern; vom Design bis Oberflächenveredelung Wir liefern Ihnen alles in kurzer Zeit.
Bringen Sie Ihre Teile noch heute in Produktion
Alle Uploads sind sicher und vertraulich.
Häufig gestellte Fragen
Die CNC-Bearbeitung von Kunststoff ist günstiger als die von Metall. Dies liegt daran, dass Kunststoff weniger hart ist und daher weniger Kraft und Werkzeug benötigt. Auch der Materialabfall ist im Vergleich zur Metallbearbeitung gering.
Die Wahl des Materials hängt direkt vom Projekt und den Anwendungsanforderungen ab. Aluminium ist eines der beliebtesten Bearbeitungsmaterialien, da es sich leicht schneiden und formen lässt. Für hochfeste Anwendungen wie die Luft- und Raumfahrt gelten jedoch Stahl und Titan als bessere Option.
Die Wahl von Kunststoff gegenüber der Metallbearbeitung bietet mehrere Vorteile. Kunststoffe sind beispielsweise leichter als Metall. Diese Eigenschaft macht sie ideal für gewichtsempfindliche Anwendungen. Gleichzeitig weisen einige Kunststoffe eine hervorragende Chemikalien- und Isolationsbeständigkeit auf.
Stichwort: CNC-Bearbeitungshandbuch
Dieser Artikel wurde von Ingenieuren des BOYI TECHNOLOGY-Teams verfasst. Fuquan Chen ist ein professioneller Ingenieur und technischer Experte mit 20 Jahren Erfahrung im Rapid Prototyping sowie in der Herstellung von Metallteilen und Kunststoffteilen.
