Die Materialauswahl f\u00fcr ein CNC-bearbeitetes Bauteil ist ein Optimierungsproblem mit Nebenbedingungen: Es gilt, das Material zu finden, das alle funktionalen Anforderungen \u2013 mechanische, umweltbezogene und \u00e4sthetische \u2013 bei m\u00f6glichst geringen Gesamtkosten erf\u00fcllt, wobei die Gesamtkosten sowohl den Materialkaufpreis als auch die Bearbeitungskosten umfassen, die davon abh\u00e4ngen, wie schwer sich das Material bearbeiten l\u00e4sst. Die \u00dcberdimensionierung einer hochwertigen Legierung verschwendet Geld, ohne das Bauteil zu verbessern. Eine Unterdimensionierung birgt das Risiko eines Versagens im Einsatz. Die optimale Wahl ist das wirtschaftlichste Material, das alle Anforderungen mit ausreichender Sicherheitsmarge erf\u00fcllt.<\/p>\n\n\n\n
In der Praxis ist die Auswahl an Werkstoffen f\u00fcr die meisten CNC-bearbeiteten Teile begrenzt. Aluminiumlegierungen decken den Gro\u00dfteil der Anwendungen ab, bei denen Gewicht, Korrosionsbest\u00e4ndigkeit und wirtschaftliche Bearbeitbarkeit im Vordergrund stehen. Edelst\u00e4hle und Kohlenstoffst\u00e4hle kommen dort zum Einsatz, wo Festigkeit, H\u00e4rte und Langlebigkeit im Vordergrund stehen. Titan rechtfertigt seine hohen Kosten nur dann, wenn das Verh\u00e4ltnis von Festigkeit zu Gewicht oder die Biokompatibilit\u00e4t eine zwingende Anforderung ist. Messing und Kupfer eignen sich f\u00fcr elektrische, thermische und fluidtechnische Anwendungen. Technische Kunststoffe decken Anwendungen in den Bereichen Isolierung, Chemikalienbest\u00e4ndigkeit und Reibungsarmut ab.<\/p>\n\n\n\n
Dieser Leitfaden f\u00fchrt Sie durch die f\u00fcnf Auswahlkriterien und jede Werkstoffgruppe so ausf\u00fchrlich, dass Sie eine fundierte Entscheidung bei der Spezifikation treffen k\u00f6nnen. Die Werkstoffauswahl steht in Wechselwirkung mit der Oberfl\u00e4chenveredelung \u2013 nicht jede Legierung l\u00e4sst sich auf dieselbe Weise eloxieren oder beschichten. F\u00fcr Entscheidungen zur Oberfl\u00e4chenveredelung lesen Sie daher bitte unseren Leitfaden zum Thema \u201eEloxieren Typ II vs. Typ III\u201c. Sowohl die Werkstoff- als auch die Oberfl\u00e4chenauswahl sind Bestandteil jedes Angebots \u00fcber unser\u00a0CNC-Bearbeitungsdienstleistungen<\/a>.<\/p>\n\n\n\n Beginnen Sie mit den strukturellen Anforderungen an das Bauteil: Lasttragf\u00e4higkeit, Sto\u00dffestigkeit, Aufrechterhaltung der Steifigkeit bei Temperaturwechselbeanspruchung sowie Erm\u00fcdungsbest\u00e4ndigkeit \u00fcber eine bestimmte Anzahl von Zyklen. Zu bewertende mechanische Schl\u00fcsselgr\u00f6\u00dfen sind Zugfestigkeit und Streckgrenze, H\u00e4rte, Steifigkeit (Elastizit\u00e4tsmodul), Erm\u00fcdungsgrenze und Z\u00e4higkeit. Eine tragende Halterung in einer Baugruppe f\u00fcr die Luft- und Raumfahrt und eine kosmetische Geh\u00e4useabdeckung stellen grundlegend unterschiedliche mechanische Anforderungen \u2013 dieselbe Analyse gilt f\u00fcr jedes Bauteil, lediglich mit unterschiedlichen Schwellenwerten.<\/p>\n\n\n\n Die Streckgrenze bestimmt, ob sich das Bauteil unter der maximal zu erwartenden Belastung dauerhaft verformt; die Zugfestigkeit bestimmt, wann es bricht; der Elastizit\u00e4tsmodul bestimmt, wie stark es sich elastisch durchbiegt. Bei Bauteilen, die wiederholten zyklischen Belastungen ausgesetzt sind, sind Erm\u00fcdungsdaten von entscheidender Bedeutung \u2013 ein Werkstoff kann zwar eine ausreichende statische Festigkeit aufweisen, aber unter zyklischer Beanspruchung bereits bei einem Bruchteil seiner Streckgrenze vorzeitig versagen.<\/p>\n\n\n\n In Bereichen, in denen das Gewicht eine entscheidende Rolle spielt \u2013 Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Handger\u00e4te, Robotik, tragbare Instrumente \u2013, ist die relevante Kennzahl die spezifische Festigkeit (Streckgrenze geteilt durch die Dichte) oder die spezifische Steifigkeit (Elastizit\u00e4tsmodul geteilt durch die Dichte). Unter den Konstruktionsmetallen liegen Aluminiumlegierungen und Titan bei der spezifischen Festigkeit an der Spitze. Kohlefaserverbundwerkstoffe und moderne Polymere \u00fcbertreffen beide, werden jedoch nicht im herk\u00f6mmlichen Sinne CNC-bearbeitet. F\u00fcr die meisten gewichtskritischen Anwendungen ist Aluminium 6061 oder 7075 der Ausgangspunkt, wobei Titan f\u00fcr die wenigen Anwendungen reserviert ist, bei denen die Festigkeit von Aluminium nicht ausreicht.<\/p>\n\n\n\n Die Einsatzbedingungen schr\u00e4nken die Materialauswahl schnell ein. Korrosive Umgebungen \u2013 Salznebel, feuchte Tropen, saure Prozessstr\u00f6me, Meeresumgebung \u2013 schlie\u00dfen ungesch\u00fctzten Kohlenstoffstahl und viele Aluminiumlegierungen ohne Oberfl\u00e4chenbehandlung aus. Edelstahl 316, eloxiertes Aluminium und viele technische Kunststoffe widerstehen diesen Umgebungen ohne zus\u00e4tzliche Beschichtung. Hohe Temperaturen schr\u00e4nken die Auswahl auf Edelst\u00e4hle, Nickellegierungen und technische Keramiken ein. Kryogene Anwendungen beg\u00fcnstigen austenitische Edelst\u00e4hle und Aluminiumlegierungen, die bei niedrigen Temperaturen ihre Z\u00e4higkeit behalten.<\/p>\n\n\n\n Die UV-Belastung ist f\u00fcr freiliegende Kunststoffteile von Bedeutung. Standard-ABS und Polycarbonat zersetzen sich bei l\u00e4ngerer UV-Einwirkung; f\u00fcr Anwendungen im Au\u00dfenbereich sind UV-stabilisierte Typen oder Oberfl\u00e4chenbeschichtungen erforderlich. Die chemische Best\u00e4ndigkeit muss f\u00fcr jede einzelne Chemikalie gepr\u00fcft werden \u2013 PEEK ist best\u00e4ndig gegen die meisten organischen L\u00f6sungsmittel und viele S\u00e4uren; Nylon nimmt Feuchtigkeit auf und quillt auf; POM (Delrin) wird von starken S\u00e4uren und Oxidationsmitteln angegriffen.<\/p>\n\n\n\n Die Zerspanbarkeit bezeichnet die Leichtigkeit, mit der ein Werkstoff auf Ma\u00df und mit der gew\u00fcnschten Oberfl\u00e4chenqualit\u00e4t bearbeitet werden kann. Sie bestimmt unmittelbar die Bearbeitungskosten: Eine h\u00f6here Zerspanbarkeit bedeutet h\u00f6here Schnittgeschwindigkeiten, geringeren Werkzeugverschlei\u00df und k\u00fcrzere Zykluszeiten. Der Unterschied in der Bearbeitbarkeit zwischen einer leicht zerspanbaren Aluminiumlegierung und einer Nickel-Superlegierung betr\u00e4gt das 20- bis 50-Fache bei der Schnittgeschwindigkeit \u2013 die Kostendifferenz ist bereits vor Ber\u00fccksichtigung des Materialpreises erheblich.<\/p>\n\n\n\n Rangliste der Zerspanbarkeit (ungef\u00e4hr, je h\u00f6her, desto besser): Leicht zerspanbares Messing und Aluminium stehen an der Spitze; reine Aluminiumlegierungen, gefolgt von Weichstahl und Edelstahl 303, liegen im mittleren Bereich; Edelstahl 304\/316, Titan und geh\u00e4rtete St\u00e4hle sind schwer zu bearbeiten; Nickel-Superlegierungen, geh\u00e4rtete Werkzeugst\u00e4hle und einige Keramiken sind extrem schwer zu bearbeiten. Wenn zwei Materialien aussortieren<\/a> Je besser ein Werkstoff alle funktionalen Anforderungen erf\u00fcllt, desto besser l\u00e4sst er sich bearbeiten \u2013 und desto geringer sind fast immer die Gesamtkosten.<\/p>\n\n\n\n Die gew\u00fcnschte Oberfl\u00e4chenbeschaffenheit und das Erscheinungsbild beeinflussen sowohl die Materialauswahl als auch die Nachbearbeitung. F\u00fcr die Eloxierung \u2013 das g\u00e4ngigste Veredelungsverfahren f\u00fcr Aluminium \u2013 sind die Legierungen 6061, 6063 oder 7075 erforderlich, um vorhersehbare, qualitativ hochwertige Ergebnisse zu erzielen. Legierungen mit hohem Kupferanteil wie 2024 lassen sich nur schlecht eloxieren. Die Galvanisierung (Nickel, Chrom, Zink) ist mit den meisten Metallen kompatibel, erfordert jedoch eine sorgf\u00e4ltige Oberfl\u00e4chenvorbereitung. Die Pulverbeschichtung haftet gut auf Stahl und Aluminium.<\/p>\n\n\n\n Wenn das Bauteil im Einsatz sichtbar ist und bestimmte Anforderungen an Farbe oder Glanz gestellt werden, spielt die Oberfl\u00e4chenbeschaffenheit bereits ab dem ersten Bearbeitungsschritt eine Rolle. Die Bearbeitungsspuren sehen je nach Oberfl\u00e4chenbeschaffenheit auf Fotos unterschiedlich aus; Bauteile, die f\u00fcr Anwendungen mit hoher Sichtbarkeit vorgesehen sind, m\u00fcssen in der Regel vor der Beschichtung poliert oder gestrahlt werden.<\/p>\n\n\n\n Aluminium ist das Standardmaterial f\u00fcr einen Gro\u00dfteil der CNC-bearbeiteten Teile. Es ist leicht (Dichte ca. 2,7 g\/cm\u00b3), durch eine sich selbst bildende Oxidschicht von Natur aus korrosionsbest\u00e4ndig, sehr gut bearbeitbar und in einer Vielzahl von Legierungen mit gut bekannten Eigenschaften erh\u00e4ltlich. Die wichtigsten Legierungen f\u00fcr die CNC-Bearbeitung sind:<\/p>\n\n\n\nDie f\u00fcnf Auswahlkriterien<\/h2>\n\n\n\n
1. Mechanische Eigenschaften<\/h3>\n\n\n\n
2. Gewicht<\/h3>\n\n\n\n
3. Umweltbest\u00e4ndigkeit<\/h3>\n\n\n\n
4. Bearbeitbarkeit<\/h3>\n\n\n\n
5. Verarbeitung und Optik<\/h3>\n\n\n\n
Die Materialfamilien<\/h2>\n\n\n\n
Aluminiumlegierungen<\/h3>\n\n\n\n