Wie man das richtige CNC-Material auswählt

Bei der CNC-Bearbeitung wird eine Vielzahl von Metall- und Kunststoffmaterialien verwendet. Es ist zwar schön, viele verschiedene Materialoptionen zu haben, aber die Entscheidung, welches Material für Ihr einzigartiges Teil oder Ihren Prototyp am besten geeignet ist, kann ein wenig entmutigend sein.

Im heutigen Artikel werfen wir einen genaueren Blick auf die gängigsten CNC-Materialien, ihre grundlegenden Eigenschaften und die häufigsten Verwendungszwecke für diese Materialien bei der CNC-Bearbeitung.

Schritt 1

Bestimmen Sie Ihre Materialanforderungen. Zu den gebräuchlichsten Arten von Anforderungen gehören thermische, oberflächliche und mechanische Anforderungen sowie Kosten. Es ist auch sehr wichtig, dass Sie die Umgebung, in der Ihr Teil funktionieren soll, sowie alle anderen Teile, mit denen es zusammenarbeiten muss, berücksichtigen.

Schritt 2

Erstellen Sie eine kurze Liste der wünschenswertesten Materialien für Ihr Teil oder Ihren Prototyp. Sie können diese Liste erstellen, indem Sie die Materialien ermitteln, die die meisten, wenn nicht sogar alle Ihrer Anforderungen aus Schritt 1 erfüllen.

Schritt 3

Nun müssen Sie sich entscheiden, welcher CNC-Werkstoff für Ihre Anwendung der richtige ist. In einigen Fällen müssen Sie vielleicht auf eine oder mehrere Ihrer Präferenzen verzichten, um den Werkstoff zu wählen, der aus der Gesamtperspektive am besten geeignet ist.

Bei der Auswahl von CNC-Materialien gibt es einige grundlegende Richtlinien zu beachten. Für Teile, die mehr Härte, Festigkeit und Wärmebeständigkeit erfordern, werden Metalle verwendet. Kunststoffe hingegen sind leichter und weisen eine Vielzahl von Abweichungen bei den physikalischen Eigenschaften auf. In den meisten Fällen wird CNC-Kunststoffmaterial bevorzugt, wenn es um elektrische Isolierung und chemische Beständigkeit geht.

Aluminium 6061 ist bei weitem das am häufigsten verwendete Material für die CNC-Bearbeitung, und es ist im Vergleich zu anderen Metallen kostengünstig. Aus der Sicht der Kunststoffe ist POM (Delrin) das günstigste Material, das sich hervorragend bearbeiten lässt. Für Ingenieure, die großen Wert auf Härte, Festigkeit und Temperaturbeständigkeit legen, sind Metalllegierungen möglicherweise die beste Wahl.

Aluminium-Legierungen

Aluminiumlegierungen lassen sich hervorragend bearbeiten und sind im Vergleich zu anderen Metallen sehr preiswert. Aus diesen Gründen eignen sich Aluminiumlegierungen hervorragend für das Prototyping und die Produktion von Teilen. Es ist auch hilfreich zu wissen, dass Aluminiumlegierungen eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit aufweisen. Aluminiumlegierungen haben ein günstiges Verhältnis zwischen Festigkeit und Gewicht und sind außerdem korrosionsbeständig. Obwohl Aluminiumlegierungen schwächer und nicht so hart wie Stahl sind, kann das Aluminium durch Eloxieren mit einer harten Oberflächenschicht versehen werden.

Hier sind einige Aluminiumlegierungen für CNC-Material:

• Aluminium 6061 ist eine vielseitige Aluminiumlegierung, die sich gut bearbeiten lässt und ein günstiges Verhältnis zwischen Festigkeit und Gewicht aufweist.
• Aluminium 6082 ist dem Aluminium 6061 recht ähnlich. Der Hauptunterschied besteht darin, dass es eher in Europa verwendet wird, da es den britischen Normen entspricht.
• Aluminium 7075 ist ein hervorragender CNC-Werkstoff für Luft- und Raumfahrtteile, die leicht sein müssen. Außerdem kann es wärmebehandelt werden, um seine Härte und Festigkeit zu erhöhen.
• Aluminium 5083 ist fester als die meisten anderen Aluminiumlegierungen und außerdem salzwasserbeständig. Verwenden Sie 5083 für Teile in der Schifffahrt, beim Schweißen und im Bauwesen.

Edelstahl

Edelstahl können - je nach ihrer spezifischen Zusammensetzung - magnetisch oder nicht magnetisch sein. Diese Legierungen bieten ein hohes Maß an Verformbarkeit, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Außerdem lassen sich Edelstahllegierungen sehr gut bearbeiten. Sie können auch geschweißt und poliert werden.

Hier sind einige Edelstahllegierungen für CNC-Materialien:

• Edelstahl 304 ist die in der CNC-Bearbeitung am häufigsten eingesetzte Edelstahllegierung. Er lässt sich gut bearbeiten und ist außerdem korrosionsbeständig. Außerdem bietet er hervorragende mechanische Eigenschaften.
• Edelstahl 316 hat ähnliche mechanische Eigenschaften wie Edelstahl 304. Im Vergleich zu 304 bietet er jedoch eine höhere Korrosionsbeständigkeit, insbesondere bei Anwendungen in der Schifffahrt aufgrund des Vorhandenseins von Salzwasser.
• Duplex-Edelstahl 2205 bietet die höchste Festigkeit aller Edelstahl-Legierungen. Aufgrund seiner hohen Festigkeit sollte er für Anwendungen eingesetzt werden, bei denen ein hohes Maß an Spannung und Kraft erforderlich ist. Zusätzlich zu seiner hohen Festigkeit bietet Duplex 2205 auch eine hohe Korrosionsbeständigkeit.
• Edelstahl 303 ist zwar nicht so korrosionsbeständig wie 304, aber immer noch sehr widerstandsfähig. Außerdem lässt er sich hervorragend bearbeiten und wird häufig für die Großserienproduktion verwendet.
• Edelstahl 17-4 (SAE-Klasse 630) bietet ähnliche mechanische Eigenschaften wie 304. Interessant an 17-4 ist, dass er ausscheidungsgehärtet werden kann, so dass er ähnlich wie Werkzeugstähle ist. 17-4 bietet auch eine hohe chemische Beständigkeit, was ihn ideal für Hochleistungsteile macht.

Unlegierter Stahl

Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt - gemeinhin als "Weichstahl" bezeichnet - bieten eine hervorragende Bearbeitbarkeit sowie gute mechanische und schweißbare Eigenschaften. Weichstähle sind außerdem sehr preiswert. Es ist jedoch wichtig zu wissen, dass unlegierte Stähle anfällig für Schäden durch Chemikalien und Korrosion sind.

Hier sind einige unlegierte Stähle für CNC-Materialien:

• Baustahl 1018 ist eine Legierung, die eine hohe Härte, Haltbarkeit und Festigkeit aufweist. 1018 ist außerdem sehr gut bearbeitbar und schweißbar. Aus diesen Gründen ist 1018 die am häufigsten verwendete Baustahllegierung für die CNC-Bearbeitung.
• Der Baustahl 1045 ist ein Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt. 1045 ist fest und widerstandsfähig gegen Schläge. Außerdem lässt er sich gut zerspanen und schweißen.
• Baustahl A36 wird aufgrund seiner guten strukturellen Eigenschaften und Schweißbarkeit für Bauanwendungen verwendet.

Legierter Stahl

Legierte Stähle zeichnen sich dadurch aus, dass sie neben Kohlenstoff weitere Legierungselemente enthalten. Diese zusätzlichen Elemente erhöhen die Haltbarkeit und Härte der Legierung. Es ist auch wichtig zu wissen, dass legierte Stähle nicht chemisch oder korrosionsbeständig sind.

Hier sind einige legierte Stähle, die als CNC-Material verwendet werden:

• Der legierte Stahl 4140 bietet solide mechanische Eigenschaften, die sich in seiner Haltbarkeit und Festigkeit widerspiegeln. 4140 ist für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet, außer für solche, die geschweißt werden müssen.
• Der legierte Stahl 4340 hingegen ist schweißbar. Außerdem kann er wärmebehandelt werden, wodurch er noch härter und fester wird, aber dennoch beständig bleibt. Diese Legierung ist schweißbar.

Werkzeugstahl

Werkzeugstähle gehören zu den härtesten Metalllegierungen, die für die CNC-Bearbeitung zur Verfügung stehen. Diese Stähle bieten eine überragende Härte sowie eine hohe Wärme- und Abriebbeständigkeit. Wie der Name schon sagt, werden Werkzeugstähle für die CNC-Bearbeitung von Werkzeugen wie Formen, Matrizen und Stempeln verwendet. Um hart und haltbar zu werden, müssen Werkzeugstähle wärmebehandelt werden.

Hier sind einige Werkzeugstähle für CNC-Material:

• Werkzeugstahl D2 kann eine Härte von bis zu 425 °C erreichen. D2 wird häufig für CNC-Bearbeitungsformen und Schneidwerkzeuge verwendet.
• Werkzeugstahl A2 wird häufig für die CNC-Bearbeitung von Spritzgießwerkzeugen verwendet. A2 bietet Zähigkeit und Maßhaltigkeit bei hohen Temperaturen durch Lufthärtung.
• Werkzeugstahl O1 wird aufgrund seiner Härte (65 HRC), die durch Ölhärtung erreicht wird, häufig für die CNC-Bearbeitung von Messern und Schneidwerkzeugen verwendet.

Messing

Messing ist eine Legierung, die eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist. Messing ist ein potenzieller CNC-Werkstoff für Anwendungen, die glatt sein und eine geringe Reibung aufweisen müssen. Messing C36000 ist eine spezielle Legierung, die eine hohe Zugfestigkeit bietet und sehr gut zerspanbar ist, was sie zu einem Kandidaten für die Großserienproduktion macht.

ABS

ABS ist ein thermoplastischer Kunststoff, der häufig CNC-bearbeitet wird, da er eine hohe Festigkeit, eine hohe Wärmebeständigkeit und eine gute Bearbeitbarkeit aufweist. ABS ist außerdem leicht, was bei gewichtssensiblen Anwendungen von Vorteil sein kann. Eine weitere häufige Verwendung von ABS-Material ist die CNC-Bearbeitung von Prototypen vor der Produktion im Spritzgussverfahren.

Nylon

Polyamid - allgemein als Nylon bezeichnet - ist ein thermoplastischer Kunststoff mit guter Festigkeit, hervorragenden mechanischen Eigenschaften und hoher Abrieb- und Chemikalienbeständigkeit. Ein bemerkenswerter Aspekt von Nylon ist, dass es Wasser absorbieren kann. Die in der CNC-Bearbeitung häufig verwendeten Nylonmaterialien sind Nylon 6 und Nylon 66.

Polycarbonat

Polycarbonat ist ein sehr haltbarer thermoplastischer Kunststoff, der sich gut bearbeiten lässt. Es zeichnet sich durch eine höhere Schlagzähigkeit im Vergleich zu ABS aus.

POM (Delrin)

POM - auch unter seinem Handelsnamen Delrin bekannt - bietet die beste Bearbeitbarkeit aller Thermoplaste. Aus diesem Grund eignet sich POM hervorragend für die CNC-Präzisionsbearbeitung von Teilen. POM ist sehr steif und bietet eine hohe Formstabilität bei höheren Temperaturen. POM hat außerdem eine geringe Reibung und eine geringe Wasseraufnahme.

PTFE (Teflon)

PTFE - gemeinhin als Teflon bezeichnet - hat den niedrigsten Reibungskoeffizienten aller bekannten Feststoffe. Es kann auch bei Temperaturen von mehr als 200 °C eingesetzt werden und ist ein hervorragender elektrischer Isolator.

HDPE

HDPE steht für hochdichtes Polyethylen. HDPE bietet eine gute Wasserbeständigkeit und ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. Als leichter Thermoplast ist HDPE hervorragend für Rohrleitungen geeignet. Außerdem wird HDPE, ähnlich wie ABS, häufig zur Herstellung von Prototypen vor der Produktion im Spritzgussverfahren verwendet.

PEEK

PEEK ist ein Thermoplast, der eine erstaunliche thermische Stabilität bei unterschiedlichen Temperaturen aufweist. Außerdem ist es gegen die meisten Chemikalien beständig. Mit seinen hervorragenden mechanischen Eigenschaften kann PEEK aufgrund seines guten Verhältnisses zwischen Festigkeit und Gewicht bei einigen Bauteilanwendungen Metallmaterialien ersetzen.