Bei der CNC-Bearbeitung ist die Maßgenauigkeit nur einer der Faktoren, die über die Qualität eines Bauteils entscheiden. Selbst eine nach technischer Zeichnung gefertigte Komponente kann ihre vorgesehene Funktion nicht erfüllen, wenn die bearbeitete Oberfläche nicht den Projektanforderungen entspricht.
Aus diesem Grund werden in technischen Dokumentationen Anforderungen an die Oberflächenrauheit festgelegt, unter anderem mithilfe der Parameter Ra und Rz. Die Oberflächenrauheit beeinflusst nicht nur das Aussehen eines Bauteils, sondern auch seine Lebensdauer, Dichtheit und das Zusammenspiel mit anderen Komponenten.
Inhaltsverzeichnis
Warum ist die Oberflächenrauheit bei der CNC-Bearbeitung wichtig?
Jede durch Zerspanung bearbeitete Oberfläche weist mikroskopische Unebenheiten auf, die durch die Arbeit des Werkzeugs entstehen. Ihre Größe und Struktur hängen von zahlreichen Faktoren des technologischen Prozesses ab.
Die Anforderungen an die Oberflächenqualität sollten immer an die Funktion des Bauteils angepasst werden. Nicht jede Oberfläche erfordert die gleiche Bearbeitungsqualität. Bei zusammenwirkenden Flächen, Führungsflächen und Dichtflächen kann die Rauheit jedoch einen direkten Einfluss auf die Funktion des fertigen Produkts haben.
Eine zu hohe Oberflächenrauheit kann den Verschleiß von Bauteilen beschleunigen, die Reibung erhöhen oder das Erreichen der erforderlichen Dichtheit erschweren. Übermäßig hohe Qualitätsanforderungen führen dagegen häufig zu unnötig höheren Produktionskosten.
Die Oberflächenqualität ist besonders dort von Bedeutung, wo bereits geringe Abweichungen die Funktionalität eines Bauteils beeinflussen können. Ein gutes Beispiel ist die Medizintechnik, über die wir ausführlicher in unserem Artikel schreiben: „CNC-Bearbeitung in der Medizintechnik – Anforderungen an die Oberflächenqualität“.
Ra und Rz – was sagen sie über eine CNC-bearbeitete Oberfläche aus?
Ra und Rz gehören zu den am häufigsten verwendeten Rauheitsparametern in technischen Zeichnungen. Beide beschreiben den Zustand einer Oberfläche, liefern jedoch Informationen über unterschiedliche Aspekte ihrer Qualität.
Bei der CNC-Bearbeitung beeinflussen Rauheitsparameter das Zusammenspiel der Bauteile, die Wirksamkeit von Dichtungen und die Lebensdauer der Komponenten während des Betriebs. Daher ist es wichtig, die Unterschiede zwischen Ra und Rz bei der Festlegung von Qualitätsanforderungen zu berücksichtigen.
Warum zeigt der Parameter Ra nicht das vollständige Bild?
Ra beschreibt den arithmetischen Mittelwert der Profilabweichungen einer Oberfläche innerhalb einer Messstrecke. Er ist der am häufigsten verwendete Rauheitsparameter und findet sich in einem großen Teil der technischen Dokumentationen.
Ra liefert jedoch lediglich einen Durchschnittswert. Zwei Oberflächen können denselben Ra-Wert aufweisen und sich dennoch deutlich in Form und Tiefe ihrer Unebenheiten unterscheiden. Im Hinblick auf Dichtheit, Reibung oder das Zusammenspiel von Bauteilen können diese Unterschiede eine große Bedeutung haben.
Bei der Planung eines CNC-Bearbeitungsprozesses reicht die Bewertung der Oberflächenqualität anhand eines einzigen Parameters daher nicht immer aus, um die tatsächlichen Anforderungen an das Bauteil korrekt zu bestimmen.
Wann ist Rz von größerer Bedeutung?
Rz beschreibt die Höhe der Oberflächenunregelmäßigkeiten und berücksichtigt die Unterschiede zwischen den höchsten Spitzen und den tiefsten Tälern des Profils. Dadurch lassen sich nicht nur die durchschnittliche Oberflächenbeschaffenheit, sondern auch größere Unebenheiten beurteilen, die die Funktion eines Bauteils beeinflussen können.
Dieser Parameter ist besonders hilfreich bei der Bewertung von zusammenwirkenden Flächen, Dichtflächen und Bauteilen, die einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt sind. Er ermöglicht eine bessere Beurteilung lokaler Unebenheiten, die sich auf die Dichtheit einer Verbindung oder die Lebensdauer eines Bauteils auswirken können.
Aus diesem Grund stellt die Analyse von Rz in vielen industriellen Anwendungen eine wertvolle Ergänzung zu den Informationen aus der Ra-Messung dar.
Wovon hängt die Oberflächenrauheit nach der CNC-Bearbeitung ab?
Das Erreichen der geforderten Oberflächenqualität bei der CNC-Bearbeitung hängt nicht von einer einzelnen technologischen Entscheidung ab.
Selbst bei identischer technischer Dokumentation kann das Endergebnis je nach Bearbeitungsparametern, Werkstoffeigenschaften und Werkzeugzustand unterschiedlich ausfallen. Anforderungen an die Oberflächenrauheit sollten daher im Zusammenhang mit dem gesamten Produktionsprozess und nicht nur mit einem einzelnen Bearbeitungsschritt betrachtet werden.
Schnittparameter und Werkzeugzustand
Die Bearbeitungsparameter gehören zu den wichtigsten Faktoren, die die Oberflächenqualität beeinflussen. Vorschub, Schnittgeschwindigkeit und Schnitttiefe wirken sich direkt auf die Eigenschaften der vom Werkzeug hinterlassenen Bearbeitungsspuren aus. In unserer Arbeit stellen wir häufig fest, dass bereits eine scheinbar geringe Änderung der Bearbeitungsparameter einen größeren Einfluss auf die endgültige Oberflächenqualität haben kann als die Wahl des Werkstoffs selbst.
Ebenso wichtig ist der technische Zustand des Werkzeugs. Eine verschlissene Schneide kann die Oberflächenqualität verschlechtern, Unebenheiten vergrößern und unerwünschte Bearbeitungsspuren verursachen.
Werkstoff des Bauteils und Steifigkeit des Bearbeitungsprozesses
Nicht jeder Werkstoff verhält sich bei der Bearbeitung gleich. Aluminium, Baustahl, Edelstahl und Messing besitzen unterschiedliche Eigenschaften, die den Zerspanungsprozess beeinflussen.
Die Bearbeitungsparameter sollten daher nicht ausschließlich anhand der Geometrie des Bauteils festgelegt werden. Ebenso wichtig sind die Eigenschaften des Werkstoffs und die Anforderungen an die Oberflächenqualität nach der CNC-Bearbeitung. Parameter, die sich bei einem Werkstoff bewähren, führen bei einem anderen Bauteil nicht zwangsläufig zum gleichen Ergebnis.
Auch die Steifigkeit des gesamten technologischen Systems spielt eine wichtige Rolle. Während der Bearbeitung entstehende Schwingungen können Spuren auf der Oberfläche hinterlassen, die bei der Qualitätskontrolle sichtbar werden.
Wo sind Anforderungen an die Oberflächenrauheit besonders wichtig?
Nicht jede Oberfläche eines Bauteils benötigt die gleiche Bearbeitungsqualität. Die Anforderungen an die Oberflächenrauheit sollten daher aus der Funktion resultieren, die eine bestimmte Fläche im fertigen Produkt erfüllt. Wir arbeiten häufig mit Komponenten, bei denen die Anforderungen an die Oberflächenqualität ebenso wichtig sind wie die für die CNC-Bearbeitung festgelegten Maßtoleranzen.
Besondere Aufmerksamkeit gilt:
- Flächen, die mit Dichtungen zusammenwirken,
- Führungen und Gleitelementen,
- Montageflächen,
- Lagersitzen,
- Flächen, die für Schutzbeschichtungen vorgesehen sind,
- Komponenten für Branchen mit erhöhten Qualitätsanforderungen.
Ein gutes Beispiel sind Komponenten der Hydraulik, bei denen die Oberflächenqualität direkten Einfluss auf die Wirksamkeit der Dichtungen und die Lebensdauer des Systems hat.
Kontrolle der Oberflächenrauheit nach der CNC-Bearbeitung
Das Erreichen der geforderten Oberflächenqualität erfordert nicht nur einen korrekt geplanten Produktionsprozess, sondern auch eine wirksame Kontrolle.
Die Oberflächenrauheit wird mit speziellen Messgeräten geprüft, mit denen die Werte der erforderlichen Parameter bestimmt werden können. So lässt sich die Übereinstimmung des Bauteils mit der technischen Dokumentation bestätigen, bevor es an die nächsten Produktionsstufen weitergegeben wird.
Mehr über unseren Ansatz zur Qualitätskontrolle erfahren Sie in unserem Artikel: „Qualitätskontrolle in der CNC-Bearbeitung – wie sorgen wir bei SIM Gdynia für Präzision?“.
Bedeutet eine geringere Oberflächenrauheit immer ein besseres Bauteil?
Einer der häufigsten Fehler ist die Annahme, dass der niedrigstmögliche Ra-Wert immer die beste Lösung darstellt. In unserer Arbeit begegnen uns häufig Situationen, in denen die Anforderungen an die Oberflächenrauheit strenger sind, als es die tatsächliche Funktion des Bauteils erfordert.
Zu strenge Anforderungen an die Oberflächenrauheit können führen zu:
- Längeren CNC-Bearbeitungszeiten,
- zusätzlichen Nachbearbeitungs- und Feinbearbeitungsschritten,
- höherem Werkzeugverschleiß,
- steigenden Produktionskosten,
- längeren Projektlaufzeiten.
Bereits in der Konstruktionsphase sollten die Anforderungen an die Oberflächenqualität daher an die tatsächliche Funktion des Bauteils angepasst werden. So lassen sich unnötige Bearbeitungsschritte vermeiden und die Produktionskosten besser optimieren.
Zusammenfassung
Die Oberflächenrauheit gehört zu den Parametern, die direkten Einfluss auf die Funktionalität eines fertigen Bauteils haben. Bei der CNC-Bearbeitung beeinflusst sie nicht nur das Aussehen des Bauteils, sondern auch das Zusammenspiel der Komponenten, die Wirksamkeit von Dichtungen, die Lebensdauer von Verbindungen und die Möglichkeit, weitere technologische Prozesse durchzuführen.
Die beste Oberfläche ist nicht immer die mit dem niedrigsten Ra-Wert, sondern diejenige, die den tatsächlichen Anforderungen der jeweiligen Anwendung entspricht.
Planen Sie die Fertigung von Komponenten, die eine präzise CNC-Bearbeitung und Kontrolle der Oberflächenqualität erfordern? Kontaktieren Sie uns, um die Anforderungen Ihres Projekts zu besprechen.