Webinar-Aufzeichnung - Kosten senken, Qualität halten: Intelligente Designtipps für die CNC-Bearbeitung

Die CNC-Bearbeitung ist bekannt für ihre Präzision, Geschwindigkeit und die Fähigkeit, komplexe Teile mit engen Toleranzen herzustellen. Die Kosten für die CNC-Bearbeitung können jedoch schnell steigen, wenn der Designprozess wichtige Fertigungsprinzipien außer Acht lässt. Deshalb geht es bei intelligentem Design nicht nur darum, ein funktionierendes Teil herzustellen, sondern auch darum, ein Teil zu fertigen, das kosteneffizient und einfach zu produzieren ist und die erforderliche Qualität beibehält. In einem kürzlich abgehaltenen Webinar mit dem Titel „Kosten senken, Qualität halten: Intelligente Designtipps für die CNC-Bearbeitung“, diskutierten Fertigungsexperten praktische, umsetzbare Möglichkeiten zur Optimierung des Teiledesigns, ohne die Leistung zu beeinträchtigen. Die geteilten Erkenntnisse sind für Ingenieure, Produktdesigner und Beschaffungsteams, die das Beste aus ihren CNC-Bearbeitungsprojekten herausholen möchten, unerlässlich.

Das Webinar konzentrierte sich auf die Identifizierung häufiger Kostentreiber in der CNC-Bearbeitung und darauf, wie frühe Designentscheidungen unnötige Komplexität beseitigen können. Hier ist eine umfassende Aufschlüsselung der wichtigsten Erkenntnisse.

1. Einfachheit ist im CNC-Design mächtig

Einer der wichtigsten Punkte im Webinar war der Wert der Einfachheit. Je komplizierter ein Teil ist, desto mehr Zeit und Werkzeuge werden für die Bearbeitung benötigt. Dies führt oft zu höheren Produktionskosten. Durch die Vereinfachung der Geometrie, wo immer dies möglich ist – ohne die Funktionalität zu beeinträchtigen – reduzieren Sie die Gesamtbearbeitungszeit und den Werkzeugverschleiß.

Vermeiden Sie unnötige Merkmale wie tiefe Taschen, Hinterschneidungen oder enge Innenradien, es sei denn, sie sind unbedingt erforderlich. Diese Merkmale sind nicht nur schwieriger zu bearbeiten, sondern erfordern möglicherweise auch Spezialwerkzeuge oder Mehrachsen-Einrichtungen, was sowohl die Komplexität als auch die Kosten erhöht.

2. Wählen Sie die richtigen Materialien mit Bedacht

Die Materialauswahl hat einen großen Einfluss auf die Bearbeitbarkeit und die Kosten Ihres Teils. Im Webinar wurde hervorgehoben, dass einige Designer automatisch exotische Metalle oder hochfeste Legierungen wählen, ohne zu berücksichtigen, ob eine kostengünstigere Alternative die gleichen Ergebnisse erzielen könnte.

Beispielsweise ist Aluminium leicht, korrosionsbeständig und leicht zu bearbeiten, was es ideal für viele Komponenten macht. Edelstahl ist schwieriger zu bearbeiten und benötigt mehr Zeit, daher sollte er nur dann gewählt werden, wenn er für Festigkeit oder Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist. Die Verwendung leicht verfügbarer, bearbeitbarer Materialien hilft, die Kosten zu senken und die Durchlaufzeiten zu verkürzen.

3. Toleranzen: Spezifikationen nicht überstrapazieren

Das Einhalten enger Toleranzen kann die Bearbeitungskosten erheblich erhöhen, da sie präzisere Schnitte, langsamere Vorschubgeschwindigkeiten und manchmal mehrere Einrichtungs- oder Fertigbearbeitungsgänge erfordern. Die Referenten betonten, dass es am besten ist, Standardtoleranzen zuzulassen, es sei denn, eine bestimmte Toleranz ist für die Funktion des Teils unerlässlich.

Es ist üblich, dass Designer standardmäßig engere Toleranzen als nötig wählen, in der Annahme, dass dies eine bessere Qualität gewährleistet. In Wirklichkeit führt dies oft zu Overengineering. Toleranzen sollten durch die Funktion bestimmt werden. Kommunizieren Sie kritische Abmessungen klar auf Ihrer Zeichnung und lassen Sie den Maschinenbauer wissen, welche Toleranzen gelockert werden können.

4. Minimieren Sie Werkzeugwechsel und Einrichtungszeiten

Jedes Mal, wenn ein Werkzeug gewechselt oder die Maschineneinrichtung angepasst wird, entstehen Kosten. Einer der wichtigsten Designtipps aus dem Webinar war die Konsolidierung von Merkmalen, die mit demselben Werkzeug oder innerhalb derselben Einrichtung bearbeitet werden können. Dies reduziert nicht nur die Maschinenstillstandszeit, sondern verbessert auch die Konsistenz über alle Teile hinweg.

Beispielsweise können Teile mit symmetrischen Merkmalen oft gedreht oder rotiert werden, anstatt einen komplexen 5-Achsen-Bearbeitungsansatz zu erfordern. Entwerfen Sie unter Berücksichtigung der Vorrichtung und stellen Sie sicher, dass Ihr Teil sicher eingespannt werden kann, ohne dass kundenspezifische Vorrichtungen erforderlich sind.

5. Vermeiden Sie dünne Wände und tiefe Hohlräume

Dünne Wände und tiefe Hohlräume sind dafür bekannt, Probleme bei der CNC-Bearbeitung zu verursachen. Dünne Wände sind anfällig für Vibrationen und Durchbiegung, was zu einer schlechten Oberflächenbeschaffenheit oder sogar zum Bruch führt. Tiefe Hohlräume erfordern oft lange Werkzeuge, die flexibler sind und Rattern, schlechte Genauigkeit oder langsamere Bearbeitungsgeschwindigkeiten verursachen können.

Die Experten im Webinar empfahlen, Wandstärken von mindestens 1 mm für Metalle und etwas mehr für Kunststoffe beizubehalten. Berücksichtigen Sie bei Hohlräumen das maximale Verhältnis von Werkzeuglänge zu Durchmesser und vermeiden Sie die Gestaltung von Merkmalen, die dieses überschreiten. Wenn eine tiefe Tasche erforderlich ist, kann das Aufteilen in flachere Ebenen die Bearbeitung erleichtern.

6. Design für Standardwerkzeuge

CNC-Maschinen verwenden eine Vielzahl von Standard-Schneidwerkzeugen, und das Design von Teilen, die mit diesen Werkzeugen übereinstimmen, kann dazu beitragen, die Kosten zu senken. Beispielsweise können Maschinenbauer durch die Verwendung von Standardlochgrößen (z. B. 6 mm, 8 mm oder 10 mm) Standardbohrer und -fräser anstelle von Spezialwerkzeugen verwenden.

Ebenso sollten Radien an Innenecken mit Standard-Fräsergrößen übereinstimmen. Wenn Sie eine enge Innenecke mit einem Radius von 1 mm entwerfen, muss der Maschinenbauer möglicherweise zusätzliche Durchgänge durchführen oder ein kleineres, empfindlicheres Werkzeug verwenden. Das Design unter Berücksichtigung gängiger Werkzeugdurchmesser trägt zu einem schnelleren und wirtschaftlicheren Produktionsprozess bei.

7. Verstehen Sie die Maschinenfähigkeiten

Ein weiterer wichtiger Punkt, der während des Webinars angesprochen wurde, war der Wert des Verständnisses der Fähigkeiten von CNC-Geräten. Nicht alle CNC-Maschinen sind gleich. Einige Betriebe verfügen möglicherweise über 3-Achsen-Maschinen, während sich andere auf 5-Achsen-Bearbeitung oder Schweizer Drehen spezialisiert haben.

Designer sollten mit ihren Fertigungspartnern zusammenarbeiten, um zu verstehen, was ihre Geräte bewältigen können. Wenn beispielsweise ein Merkmal nur mit einer 5-Achsen-Maschine bearbeitet werden kann, aber eine einfachere Alternative existiert, die mit 3-Achsen funktioniert, könnten die Kosteneinsparungen erheblich sein. Die Anpassung Ihres Designs an die Stärken der verfügbaren Maschinen ist eine intelligente Möglichkeit, Kosten zu senken.

8. Verwenden Sie Radien zu Ihrem Vorteil

Scharfe Innenecken sind schwer zu bearbeiten und erfordern Werkzeuge mit kleinem Durchmesser, was die Bearbeitungszeit erhöht und das Risiko von Werkzeugverschleiß oder -bruch birgt. Das Hinzufügen von Radien – abgerundeten Übergängen – wo immer dies möglich ist, hilft Werkzeugen, sich effizienter zu bewegen, und reduziert Spannungskonzentrationen im fertigen Teil.

Im Webinar empfahlen die Experten die Verwendung großzügiger Radien an Innenecken, es sei denn, eine quadratische Geometrie ist unbedingt erforderlich. Dieser Tipp verbessert nicht nur die Bearbeitbarkeit, sondern verlängert auch die Werkzeugstandzeit und erhöht die mechanische Festigkeit des Teils.

9. Berücksichtigen Sie Sekundäroperationen

Manchmal erfordert das Erreichen der endgültigen Form oder Oberfläche eines Teils mehr als nur die CNC-Bearbeitung. Nachbearbeitungsvorgänge wie Eloxieren, Wärmebehandlung oder Schleifen können einen Mehrwert schaffen, aber auch Verzögerungen und zusätzliche Kosten verursachen.

Versuchen Sie während der Designphase, den Bedarf an solchen Operationen zu minimieren. Wenn die Oberflächenbeschaffenheit entscheidend ist, geben Sie nur die Bereiche an, in denen sie erforderlich ist. Wenn Gewinde benötigt werden, entwerfen Sie sie für Standardgrößen und verwenden Sie Gewindeeinsätze, falls erforderlich, um Gewindebruch oder Nacharbeit zu vermeiden.

10. Prototypen frühzeitig, iterieren Sie oft

Schließlich betonte das Webinar die Bedeutung des Prototyping. Ein physischer Prototyp zeigt Designfehler oder Bearbeitungsherausforderungen auf, die in CAD schwer zu erkennen sind. Das Rapid-CNC-Prototyping ermöglicht iterative Verbesserungen und hält gleichzeitig die Kosten überschaubar.

Frühes Prototyping kann Toleranzen, Oberflächenbeschaffenheiten, Montagepassung und die allgemeine Designlogik validieren. Dies reduziert das Risiko kostspieliger Neuentwürfe, sobald die Massenproduktion beginnt.

Fazit

Das „Kosten senken, Qualität halten“ Webinar lieferte eine Fülle wertvoller Ratschläge für Designer und Ingenieure, die CNC-Bearbeitungsprojekte optimieren möchten. Intelligente Designentscheidungen können einen enormen Einfluss auf Kosten, Effizienz und Produktqualität haben. Durch die Vereinfachung von Geometrien, die Auswahl der richtigen Materialien, die Verwendung von Standardwerkzeugen und die enge Zusammenarbeit mit Maschinenbauern können Designer Abfall reduzieren, Vorlaufzeiten verbessern und eine außergewöhnliche Teileleistung aufrechterhalten.

Design for Manufacturability bedeutet nicht, Innovationen zu gefährden – es geht darum, diese Innovationen praktikabel, erschwinglich und skalierbar zu machen. Unabhängig davon, ob Sie an Luft- und Raumfahrtkomponenten, Automobilteilen oder kundenspezifischen Gehäusen arbeiten, hilft Ihnen die Anwendung dieser Prinzipien, wettbewerbsfähig zu bleiben und jedes Mal erstklassige Ergebnisse zu erzielen.