In der Kleinserienfertigung gibt es kaum eine bessere Technologie als die CNC-Bearbeitung.Es bietet eine abgerundete Mischung von Vorteilen, darunter hohes Durchsatzpotenzial, Genauigkeit und Wiederholbarkeit, eine große Auswahl an Materialien und Benutzerfreundlichkeit.Während fast jede Werkzeugmaschine numerisch gesteuert werden kann, bezieht sich die maschinelle numerische Steuerungsbearbeitung typischerweise auf mehrachsiges Fräsen und Drehen.
Um mehr darüber zu erfahren, wie die CNC-Bearbeitung für die kundenspezifische Bearbeitung, die Kleinserienfertigung und das Prototyping eingesetzt wird, sprach engineering.com mit Wayken Rapid Manufacturing, einem in Shenzhen ansässigen Dienstleister für die Herstellung kundenspezifischer Prototypen, über Materialien, Technologie, Anwendungen und Betrieb von CNC-Werkzeugmaschinen .
Wenn es um Materialien geht, ob es sich um Bleche, Platten oder Stangenmaterial handelt, stehen die Chancen gut, dass Sie es 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 bestimmt sind, werden häufig in der Prototypenphase bearbeitet, um die hohen Kosten und Vorlaufzeiten des Formenbaus zu vermeiden.
Der Zugriff auf eine große Auswahl an Materialien ist besonders wichtig beim Prototyping.Da unterschiedliche Materialien unterschiedliche Kosten und unterschiedliche mechanische und chemische Eigenschaften haben, kann es vorzuziehen sein, einen Prototyp aus einem billigeren Material zu schneiden als für das Endprodukt geplant, oder ein anderes Material kann dazu beitragen, die Festigkeit, Steifigkeit oder das Gewicht des Teils zu optimieren in Bezug auf seine Gestaltung.In einigen Fällen kann ein alternatives Material für einen Prototyp einen bestimmten Endbearbeitungsprozess ermöglichen oder haltbarer gemacht werden als ein Produktionsteil, um das Testen zu erleichtern.
Auch das Gegenteil ist möglich, wobei kostengünstige Standardmaterialien technische Harze und Hochleistungsmetalllegierungen ersetzen, wenn der Prototyp für einfache funktionelle Zwecke wie Passformprüfung 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 brennen die meisten Thermoplaste wie PE, PP oder PS, wenn sie mit den in der Metallbearbeitung üblichen Vorschüben und Geschwindigkeiten bearbeitet werden.Höhere Schnittgeschwindigkeiten und niedrigere Vorschübe sind üblich, und Schneidwerkzeugparameter wie Spanwinkel sind kritisch.Die Kontrolle der Hitze im Schnitt ist wichtig, aber im Gegensatz zu Metallen wird normalerweise kein Kühlmittel zum Kühlen in den Schnitt gesprüht.Druckluft kann zum Entfernen von Spänen verwendet werden.
Thermoplaste, insbesondere ungefüllte Standardqualitäten, verformen sich elastisch, wenn die Schneidkraft ausgeübt wird, was es schwierig macht, eine hohe Genauigkeit zu erreichen und enge Toleranzen einzuhalten, insbesondere bei feinen Merkmalen und Details.Automobilbeleuchtung und Objektive sind besonders schwierig.
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.Mikrofeinbearbeitung unter Verwendung von Einzelpunkt-Diamantbearbeitung (SPDM) kann eine Genauigkeit von weniger als 200 nm bereitstellen und die Oberflächenrauheit auf weniger als 10 nm verbessern.
Während Hartmetall-Schneidwerkzeuge üblicherweise für härtere Materialien wie Stähle verwendet werden, kann es schwierig sein, die richtige Werkzeuggeometrie zum Schneiden von Aluminium in Hartmetallwerkzeugen zu finden.Aus diesem Grund werden häufig Schneidwerkzeuge aus Schnellarbeitsstahl (HSS) verwendet.
Die CNC-Aluminiumbearbeitung ist eine der typischsten Materialwahlen.Im Vergleich zu Kunststoffen wird Aluminium mit hohen Vorschüben und Geschwindigkeiten geschnitten und kann trocken oder mit Kühlmittel geschnitten werden.Es ist wichtig, die Qualität des Aluminiums beim Einrichten zu beachten, um es zu schneiden.Beispielsweise sind 6000-Sorten sehr verbreitet und enthalten Magnesium und Silizium.Diese Legierungen bieten beispielsweise im Vergleich zu 7000-Sorten, die Zink als Hauptlegierungsbestandteil enthalten, eine überlegene Verarbeitbarkeit und eine höhere Festigkeit und Zähigkeit.
Es ist auch wichtig, die Härtebezeichnung eines Aluminiummaterials zu beachten.Diese Bezeichnungen geben beispielsweise die Wärmebehandlung oder Kaltverfestigung an, der das Material unterzogen wurde, und können die Leistung während der Bearbeitung und im Endgebrauch beeinträchtigen.
Die fünfachsige CNC-Bearbeitung ist teurer und komplexer als dreiachsige Maschinen, gewinnt jedoch aufgrund mehrerer technologischer Vorteile an Bedeutung in der Fertigungsindustrie.Beispielsweise kann das Schneiden eines Teils mit Merkmalen auf beiden Seiten mit einer 5-Achsen-Maschine viel schneller sein, da das Teil so befestigt werden kann, dass die Spindel beide Seiten im selben Arbeitsgang erreichen kann, während es mit 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 Fräsen, Drehmaschinen und Drehzentren können Erodiermaschinen und andere Werkzeuge CNC-gesteuert werden.Gängig sind beispielsweise CNC-Fräs-Dreh-Zentren sowie Draht- und Senkerodieren.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 hoher 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 Single Point Diamond Machining (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 von optischen Prototypen wie durchsichtigen Kunststoff- oder reflektierenden Metallteilen ist die Oberflächenbeschaffenheit in Formen ein wichtiger Gesichtspunkt.Die Diamantbearbeitung ist eine Möglichkeit, während der Bearbeitung eine hochpräzise und hochglänzende Oberfläche zu erzeugen, insbesondere bei PMMA-, PC- und Aluminiumlegierungen.Anbieter, die sich auf die Bearbeitung optischer Komponenten aus Kunststoff spezialisiert haben, sind hochspezialisiert, bieten jedoch einen Service, der die Kosten im Vergleich zu Kleinserien- oder Prototypenformen drastisch senken kann.
Natürlich wird die CNC-Bearbeitung in allen Fertigungsindustrien zur Herstellung von Endverbrauchsteilen und Werkzeugen aus Metall und Kunststoff eingesetzt.In der Massenproduktion sind jedoch andere Prozesse wie Form-, Gieß- oder Stanztechniken oft schneller und billiger als die maschinelle Bearbeitung, nachdem sich die Anschaffungskosten für Formen und Werkzeuge über eine große Anzahl von Teilen amortisiert haben.
Die CNC-Bearbeitung ist ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung von Prototypen aus Metall und Kunststoff, da sie im Vergleich zu Verfahren wie 3D-Druck, Gießen, Formen oder Fertigungstechniken, die Formen, Matrizen und andere zusätzliche Schritte erfordern, eine schnelle Bearbeitungszeit aufweist.
Diese Agilität auf Knopfdruck, eine digitale CAD-Datei in ein Teil umzuwandeln, wird von Befürwortern des 3D-Drucks oft als Hauptvorteil des 3D-Drucks angepriesen.In vielen Fällen ist CNC jedoch auch dem 3D-Druck vorzuziehen.
Es kann mehrere Stunden dauern, jedes Bauvolumen von 3D-gedruckten Teilen fertigzustellen, während die CNC-Bearbeitung Minuten dauert.
Beim 3D-Druck werden Teile in Schichten aufgebaut, was zu einer anisotropen Festigkeit des Teils führen kann, verglichen mit einem bearbeiteten Teil, das aus einem einzigen Materialstück besteht.
Eine engere Auswahl an Materialien, die für den 3D-Druck verfügbar sind, kann die Funktionalität eines gedruckten Prototyps einschränken, während ein bearbeiteter Prototyp aus demselben Material wie das endgültige Teil hergestellt werden kann.CNC-bearbeitete Prototypen können als Endanwendungs-Designmaterialien verwendet werden, um die funktionale Überprüfung und die technische Überprüfung von Prototypen zu erfüllen.
3D-gedruckte Merkmale wie Bohrungen, Gewindebohrungen, Passflächen und Oberflächenbeschaffenheit erfordern eine Nachbearbeitung, typischerweise durch maschinelle Bearbeitung.
Während der 3D-Druck als Fertigungstechnologie Vorteile bietet, bieten die heutigen CNC-Werkzeugmaschinen viele der gleichen Vorteile ohne gewisse Nachteile.
Schnelle CNC-Maschinen können rund um die Uhr eingesetzt werden.Dies macht die CNC-Bearbeitung wirtschaftlich für Kleinserien von Produktionsteilen, die eine Vielzahl von Operationen erfordern.
Um mehr über die CNC-Bearbeitung für Prototypen und Kleinserien zu erfahren, wenden Sie sich bitte an Wayken oder fordern Sie ein Angebot über deren Website an.
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Postzeit: 30. November 2019