Metalle bilden seit Jahrhunderten die Grundlage für Konstruktionen in der Industrie. Ihre Festigkeit, Leitfähigkeit und Bearbeitbarkeit machen sie für viele Anwendungen unersetzlich.
InderFertigungsindustriereicht„guteQualität“nicht mehr aus – heute zählen mikrometrische Präzision, Wiederholgenauigkeit in jeder Serie und Flexibilität bei Designänderungen.
Unter diesen Bedingungen werden traditionelle Bearbeitungsmethoden zu einem Hindernis für die Entwicklung. An ihre Stelle treten Lösungen, die Automatisierung mit Zuverlässigkeit verbinden – allen voran die CNC-Bearbeitung, deren Funktionsweise wir im Artikel „Was ist CNC-Bearbeitung?“ ausführlich erklären.
Ablauf des Prozesses – wie sieht die Metallbearbeitung auf CNC-Maschinen aus?
- Von der Dokumentation bis zum Detail – was muss vorbereitet werden?
Der Prozess beginnt mit der Erstellung der technischen Dokumentation im CAD-Format (Computer-Aided Design), die anschließend in einen CAM-Code (Computer-Aided Manufacturing) umgewandelt wird.
Dieser Code enthält Anweisungen für die CNC-Maschine bezüglich der Werkzeugbahn, der Drehzahl, des Vorschubs und anderer Parameter. Die Genauigkeit dieser Daten ist entscheidend für das Erreichen des gewünschten Endergebnisses.
- Was passiert in der Produktionshalle?
In dieser Phase erfolgt die eigentliche Metallbearbeitung auf CNC-Maschinen. Die Auswahl der Werkzeuge, der Schnittparameter und der Bearbeitungsstrategien hängt von der Geometrie des Werkstücks, dem Material und der Art des technologischen Vorgangs ab.
Moderne CNC-Zentren sind häufig mit automatischen Werkzeugwechslern, Kühlsystemen und Messsensoren ausgestattet, wodurch eine hohe Wiederholgenauigkeit, kurze Produktionszeiten und ein minimiertes Fehlerrisiko gewährleistet sind.
- Oberflächenbearbeitung – der letzte Schritt, der den Unterschied macht
Nach den Hauptbearbeitungsschritten folgt die Oberflächenbearbeitung, die Folgendes umfassen kann:
- Entgraten – Entfernen von scharfen Kanten und Graten.
- Schleifen – Erzeugen einer glatten Oberfläche mit geringer Rauheit.
- Polieren – Verleihen der Oberfläche Glanz und ein ästhetisches Aussehen.
Die Qualitätskontrolle in dieser Phase ist entscheidend für die Einhaltung der technischen Anforderungen.
Herausforderungen bei der CNC-Bearbeitung von Metallen
Jedes Material reagiert anders auf die spanende Bearbeitung. Was bei Stahl funktioniert, kann bei Aluminium oder Messing völlig ungeeignet sein. Die richtige Auswahl der Werkzeuge und Strategien ist der Schlüssel zu Qualität, Wiederholbarkeit und Langlebigkeit des Prozesses.
Baustahl (z. B. S235, S355)
Dies ist eine der einfacheren Materialgruppen in Bezug auf die Bearbeitung. Es können sowohl HSS-Werkzeuge (High-Speed Steel – Schnellarbeitsstahl) als auch Hartmetallwerkzeuge verwendet werden.
Baustahl lässt sich schnell und ohne große Einschränkungen bearbeiten, bei längeren Bearbeitungen sollte jedoch regelmäßig der Verschleiß der Werkzeugschneiden überprüft werden.
Edelstahl (z. B. AISI 304, 316)
Erfordert eine durchdachte Vorgehensweise. Er ist hart und gleichzeitig „dehnbar“ – er neigt dazu, an der Schneide anzuhaften. Dies führt zu Problemen bei der Spanabfuhr und zu einem beschleunigten Verschleiß des Werkzeugs.
Für die Bearbeitung werden in der Regel Schneiden mit reibungsmindernden Beschichtungen empfohlen, z. B. AlTiN (Titannitrid und Aluminium).
Gehärteter Stahl (>45 HRC)
Für gehärteten Stahl sind Vollhartmetallwerkzeuge (VHM) und geeignete Beschichtungen, z. B. TiSiN (Titannitrid und Silizium), erforderlich, die die Verschleiß- und Temperaturbeständigkeit erhöhen.
Der Prozess muss stabil sein – starre Befestigung, kurze Verfahrwege, präzise Bahnführung. Die Parameter müssen sinnvoll gewählt werden, abhängig vom Werkzeugdurchmesser, der Geometrie und den Möglichkeiten der Maschine.
Aluminium
Aluminium ist ein gut bearbeitbares Material, erfordert jedoch aufgrund seiner Zähigkeit und geringen Härte eine geeignete Vorgehensweise. Bei der Bearbeitung entstehen lange Späne, die den Spaltraum leicht verstopfen, und bei der Bearbeitung dünnwandiger Teile besteht die Gefahr von Vibrationen und Verformungen.
Die besten Ergebnisse werden mit Vollhartmetallfräsern (VHM) mit großem Spanwinkel (ca. 45°) und polierter Spanfläche erzielt.
Messing und Kupfer
Diese Werkstoffe sind sehr gut zerspanbar und gelten oft als „leicht“ in der CNC-Bearbeitung.
Ein zu aggressiver Spanwinkel oder eine zu raue Schneidfläche können zu Materialaufrauhung, lokaler Überhitzung der Schneidkante und erhöhtem Verschleiß führen.
Dies liegt daran, dass die bei der Bearbeitung entstehende Wärme sehr schnell auf das Werkstück übertragen wird, was bei dünnwandigen Bauteilen zu Verformungen oder Maßänderungen führen kann.
Für die CNC-Bearbeitung von Messing oder Kupfer werden Vollhartmetallfräser (VHM) mit sehr scharfen, präzise geschliffenen Schneiden und einer möglichst glatten Oberfläche empfohlen.
Das Verständnis der physikalischen und chemischen Eigenschaften des zu bearbeitenden Materials sowie die präzise Anpassung der Zerspanungsstrategie haben einen direkten Einfluss auf die Endqualität des Bauteils, die Standzeit der Werkzeuge und die Effizienz des gesamten Zerspanungsprozesses.
Was kann bei der CNC-Bearbeitung von Metallen schiefgehen – und wie lässt sich das vermeiden?
Bei der CNC-Bearbeitung von Metallen können drei Hauptprobleme auftreten:
1. Vibrationen (Rattern)
Sie führen zu einer unebenen Oberfläche, einer schlechteren Genauigkeit und einem schnelleren Verschleiß der Schneidflächen. Die häufigsten Ursachen sind ein zu langer Werkzeugvorschub, eine unzureichende Spannfestigkeit oder falsche Schnittparameter.
2. Falsche Schnittparameter
Zu hohe Drehzahlen, zu großer Vorschub oder falsche Schnitttiefe können zu Überhitzung der Schneide, Werkzeugbruch und Verschlechterung der Oberflächenqualität führen.
3. Werkzeugverschleiß
Jeder Fräser, Bohrer und Gewindebohrer hat eine begrenzte Lebensdauer – wenn er nicht regelmäßig kontrolliert wird, kann er das Werkstück beschädigen oder Fehler in der gesamten Serie verursachen.
Wann lohnt es sich, die CNC-Bearbeitung von Metallen an ein erfahrenes Unternehmen zu vergeben?
Bei Serienfertigung, komplexen Geometrien oder hohen Qualitätsanforderungen können durch die Zusammenarbeit mit einem erfahrenen Fertigungsunternehmen Fehler und Verzögerungen vermieden werden.
Von entscheidender Bedeutung ist nicht nur ein präziser Maschinenpark, sondern auch praktische Kenntnisse über verschiedene Legierungen, deren Verhalten bei der Bearbeitung und mögliche konstruktive Einschränkungen.
Zusammenfassung der CNC-Metallbearbeitung
Die CNC-Metallbearbeitung ist mehr als nur das Entfernen von überschüssigem Material. Es handelt sich um einen komplexen technologischen Prozess, bei dem präzise Werkzeuge mit einer computergesteuerten Steuerung zusammenarbeiten und jeder Schritt auf Ingenieurswissen und Materialkenntnissen basiert. Dank dieser Technologie ist es möglich, komplexe Geometrien, hohe Qualität und Wiederholgenauigkeit schnell, sicher und wirtschaftlich herzustellen.
Hinter einem reibungslos funktionierenden CNC-Prozess steht ein Team von Spezialisten. Der Konstrukteur erstellt ein Modell des Werkstücks, der Programmierer bereitet den Bearbeitungscode vor und der Bediener überwacht den Produktionsablauf an der Maschine. Erst die Kombination aus menschlicher Kompetenz und den Möglichkeiten moderner Werkzeugmaschinen ermöglicht eine Präzision, die mit herkömmlichen Methoden nicht zu erreichen i