6 Wege Ihre CNC-Fertigungskosten zu senken


Berücksichtigung von Design- und Materialaspekten, die Ihre Kosten in der Zerspanung reduzieren

 

 

Die CNC-Bearbeitung wird jedes Jahr ein wenig komplexer. Infolgedessen es kann schwierig sein, auf dem Laufenden zu bleiben, welche Regeln für die Teilekonstruktion aktuell gelten. Mit ein paar relativ einfachen Anpassungen am Design Ihrer Teile oder der Materialauswahl können jedoch die Kosten gesenkt und gleichzeitig die Funktionalität der CNC-bearbeiteten Teile verbessert werden.

Bei Proto Labs verwenden wir eine Automatisierungssoftware zur Angebotserstellung und Hervorhebung von Merkmalen, die besondere Aufmerksamkeit erfordern. Die Software findet im Voraus Merkmale, die nicht gefertigt werden können. Weiterhin werden auch Bereiche markiert, die nicht unbedingt geändert werden müssen, jedoch die maschinelle Bearbeitung des gesamten Entwurfs verbessern können – dünne Wände, eingravierte Texte, tiefe Löcher und komplexe Geometrien, um nur einige zu nennen.

Nachstehend finden Sie einige Tipps, wie Sie kostengünstigere CNC-bearbeitete Bauteile gestalten.

1. Abhilfe bei eckigen Frästaschen
Denken Sie an die Ecken einer CNC-bearbeiteten Tasche – vielleicht das Innere eines Elektronikgehäuse oder eine Halterung für das Gehäuse eines rechteckigen Bauteils. Häufig wird bei der Konstruktion übersehen, dass die Schnittpunkte der vertikalen Wände dieser Bauteilelemente sehr scharf bleiben. Um dies zu veranschaulichen, denken Sie an CNC-Bearbeitung einer Edelstahl-Box für Baseball-Sammelkarten. Der einzige Weg, die perfekten rechtwinkligen Ecken zu erzielen, die für diese Babe Ruths- und Hank Aarons-Karten benötigt werden, ist mit EDM, einem langsamen und teuren Verfahren.

Stattdessen spannen wir an einem unserer CNC-Bearbeitungszentren den kleinsten verfügbaren Schaftfräser ein, um die Ecken auszufräsen. Bei Edelstahl 304 ist das ein 0,8 mm-Schaftfräser, der einen Eckradius von 0,4 mm hinterlässt. Das ist ziemlich scharf, aber die Tiefe ist begrenzt – die Länge der meisten stahlschneidenden Schaftfräser in diesem Größenbereich entspricht höchstens dem Fünffachen des Fräsdurchmessers, gerade mal tief genug für Ihre Lieblings-Center Fielders. Die CNC-Bearbeitung mit kleinen Schaftfräsern wie diesem ist auch eine zeitraubende und filigrane Arbeit, was die Kosten für Ihr Projekt in die Höhe treibt.

Ein budgetfreundlicherer Ansatz ist das Ausfräsen eines Reliefs in den Taschenecken. Dadurch entfällt der lästige Radius und stattdessen bleibt ein U- oder C-förmiger Freiraum (siehe Abbildung). Es ermöglicht auch weit tiefere Taschen – wenn man ein 6,35 mm breites Relief in jede Ecke schneidet, sind funktionell scharfe Ecken von rund 32 mm Tiefe möglich. Und durch die Umstellung auf Aluminium oder sogar Kunststoff, können die Taschentiefen im Vergleich zu Stahl verdoppelt werden. Das Beste daran ist aber, dass die Teilekosten auf diese Weise reduziert werden, da größere Schaftfräser verwendet werden können und sich der Materialabtrag entsprechend erhöht.

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Das linke Bild zeigt die durch Fräsen entstandene Eckradien. Durch Hinzufügen von Reliefs entstehen scharfen Ecken (rechtes Bild) zur Verbesserung der Passform.

2. Entgraten Sie die Kanten selbst
Das Vermeiden gebrochener Ecken ist eine weitere den Radius betreffende, kostensparende Maßnahme. Beim Versuch Grate zu entfernen und scharfe Kanten zu brechen, glätten Konstrukteure oft externe Kreuzungen an den Teilen durch Fasen/Schrägen oder runde Ecken. Das ist verständlich und manchmal durchaus erforderlich, aber es kann auch teuer sein. Bei Edelstahl-Teilen bieten wir optional ein automatisches Entgraten an, alle anderen Materialien werden im gefrästen Rohzustand geliefert. Falls das Teiledesign einen Kantenbruch erfordert, so müssen wir ein zusätzliches Werkzeug (einen Kugelkopf-Fräser) einsetzen und diese Ecken mit einer 3D-Profilierbewegung der Maschine bearbeiten. In der Regel betreiben wir diese Werkzeuge mit hohen Drehzahlen und es werden sehr geringe Materialmengen entfernt, dennoch ist es ein langwieriger Prozess, hin und her zu fahren, bis alle Ecken glatt sind. Viele Kunden entscheiden sich dafür, etwas Geld zu sparen, indem sie diese Teile selbst mit einer Feile, etwas Schleifpapier oder einer Schleifscheibe entgraten.

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Das Fasen oder Ecken abrunden kann aufgrund der Kugelfräser zu längeren Bearbeitungszeiten führen.

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Wenn eine Kante geglättet werden muss, verwenden Sie eine Feile oder ein Entgratungswerkzeug anstatt sie zu fräsen.

3. Vermeiden Sie gravierten Text
Ebenso ist gravierter Text ein ästhetisch ansprechender aber zeitaufwendiger Vorgang, den man möglichst vermeiden sollte. Auch hier wird ein Kugelfräser verwendet, um die gewünschten Buchstaben, Zahlen und Symbole auf dem CAD-Modell einzugravieren. Es sieht cool aus und möglicherweise wird es zu Recht für Ihre bearbeiteten Teile gefordert, aber es eignet sich wahrscheinlich eher für Spritzgussteile, bei denen die zusätzliche Bearbeitungszeit durch größere Stückzahlen kompensiert wird.

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Kleine Werkzeugdurchmesser bedeuten zusätzliche Bearbeitungszeit. Man sollte überlegen, ob Text oder Logos von den Prototypen entfernt werden können.

4. Vorsichtig bei dünnen Wänden und Merkmalen
Unsere Normteil-Toleranz beträgt +/- 0,12 mm. Haben Sie ein Merkmal, das 0,5 mm oder kleiner ist, erkennt unser automatisches Angebotssystem dies als dünnwandige Geometrie. Beachten Sie jedoch, dass wir dies trotzdem maschinell fertigen – folglich kann das CNC-bearbeitete Teil geringfügig von Ihrem ursprünglichen Entwurf abweichen. Dünne Wände von 0,5 mm oder weniger können nicht nur während des Bearbeitungsvorgangs kaputtgehen, sondern sich auch später verbiegen oder verziehen. Verstärken Sie diese Wände, so viel es Ihr Teiledesign erlaubt.

5. Halten Sie es möglichst einfach
Sehr tiefen Taschen sind ein „No-go“, auch wenn die Ecken mit einem Relief versehen werden. Man braucht nicht nur viel Bearbeitungszeit, um das ganze Material zu entfernen, die Restspannung im Rohmaterial wird tendenziell zunehmend zum Problem, je tiefer Ihre Taschen und je größer die Wände werden. Es könnten Winkel oder Stützkonstruktionen verwendet werden, um diese Werkstücke zu festigen und Bewegungen aufgrund von Spannung zu verhindern, aber dies erhöht wiederum die Fertigungskosten. Der beste Rat für Hersteller oder Produkt-Designer der CNC-Bauteile ist, die Teile möglichst einfach zu halten.

Das gleiche Prinzip gilt auch für die Gesamtgeometrie der Teile. Versuchen Sie nicht, dass Teile mehr leisten als sie müssen. Eine Maximierung der Materialverwendung kann zu Arbeitsstaus und Bearbeitungsproblemen führen, was wiederum höhere Kosten nach sich zieht. Wenn das Design zu komplex wird, erwägen Sie, es in mehrere Komponenten zu splitten und Verbindungselemente zu verwenden, um sie zusammenzubauen. Niemand mag Montagekosten oder die Komplexität, die mit mehreren Teilen einhergeht, aber es könnte für schwierige Maschinenteile die beste Methode sein. Strukturierte Oberflächen, Aushöhlungen (denken Sie an Kühlkörper), sehr tiefe Bohrungen und Gewinde – das sind einige der allgemeinen Kostentreiber für CNC-Bearbeitung, die an Ihrem Projektbudget nagen können.

6. Nach alternativen Materialien suchen
Eine der einfachsten Möglichkeiten, um im Kostenrahmen zu bleiben – vorausgesetzt, dies erfüllt Ihre Anforderungen – ist die Umstellung auf ein maschinenfreundlicheres oder günstigeres Material. Unsere Materialauswahl umfasst verschiedene Metalle und Kunststoffe, für die jeweils die individuellen technischen Eigenschaften, Ästhetik, Bearbeitung und Materialkosten berücksichtigt werden müssen.

  • Edelstahl 17-4 PH ist kaum zu schneiden. Wenn es nicht auf hohe Festigkeit und Korrosionswiderstand ankommt, versuchen Sie es stattdessen mit 316L oder 304.
  • Kupfer ist ein großartiger elektrischer Leiter, aber es ist viel teurer als Aluminium, das annähernd so leitfähig und außerdem leichter zu bearbeiten ist.
  • Messing ist ein weiches Metall. Es lässt sich daher leicht bearbeiten und schont die Schaftfräser.
  • An Kunststoffen haben wir fast drei Dutzend zur Auswahl. Alle lassen sich relativ leicht schneiden, ein Faktor, der oftmals – aber nicht immer – niedrigere Teilekosten bedeutet. Einige Kunststoffe bieten eine herausragende Verschleiß-, Korrosions- oder chemische Beständigkeit, während andere gute Hitze- oder Brandeigenschaften und wiederum andere ausgezeichnete Festigkeits-, Stoß- oder elektrische Eigenschaften aufweisen.

Es gibt zu viele Metalle und Kunststoffe, um sie hier aufzulisten, aber Sie können gerne die vollständige Materialliste anschauen oder fragen Sie einen unserer Kundenservice-Techniker.

Wenn Sie ein CAD-Modell auf unsere Website hochladen, berechnet unser Angebots-Tool was CNC-bearbeitet werden kann, was unklar ist und was abgelehnt werden muss. Die Ergebnisse werden klar und deutlich im Angebot dargestellt. So haben Sie die Möglichkeit, die Teilekonstruktion falls gewünscht anzupassen und sich eine neues Angebot ausrechnen zu lassen. Wenn Ihnen jedoch etwas unklar ist, rufen Sie uns an unter +49 (0) 6261 643 6947. Gerne beantworten wir Ihnen Ihre Fragen zum Design und können Ihnen möglicherweise helfen, ein paar Euro zu sparen.