Welche Mängel weisen bearbeitete Teile auf?

▶ 1.1 Oberflächenkratzer und Grate

● Erscheinungen : Auf der Teileoberfläche erscheinen lineare Kratzer unterschiedlicher Länge und Tiefe; an Teilekanten, den Verbindungsstellen bearbeiteter Oberflächen oder Löchern bilden sich kleine Vorsprünge oder scharfe Kanten (Grate). Diese Defekte sind mit bloßem Auge gut erkennbar und können mit einer 5- bis 10-fachen Lupe weiter bestätigt werden.

● Hauptursachen :

Abgenutzte oder mit Verunreinigungen verunreinigte Bearbeitungswerkzeuge zerkratzen beim Schneiden die Teileoberfläche.

Nicht übereinstimmende Schnittparameter (z. B. zu hohe oder zu niedrige Schnittgeschwindigkeit, ungeeigneter Vorschub) führen zu unvollständigem Schnitt.

Unsachgemäße Handhabung von Teilen nach der Verarbeitung, wie z. B. Kollisionen zwischen Teilen oder zwischen Teilen und Werkzeugen während der Lagerung oder des Transfers.

● Auswirkungen : Kratzer mindern die Oberflächengüte des Teils, und starke Kratzer können die Schutzschicht der Oberfläche (z. B. Rostschutzbeschichtung) beschädigen und zu Rostbildung führen. Grate stellen ein Sicherheitsrisiko dar – sie können das Personal bei der Montage zerkratzen – und können zu einer schlechten Passung der Teile führen, was die Montagegenauigkeit verringert und sogar die normale Funktion des montierten Produkts beeinträchtigt.

▶   1.2 Oberflächenverfärbung und Oxidation

●   Erscheinungen : Die Oberfläche des Teils weist abnormale Farben (gelb, schwarz, grau usw.) auf, die von der normalen Farbe des Rohmaterials abweichen. Auf der Oberfläche bildet sich eine lose Oxidschicht, die abgewischt oder von Hand abgezogen werden kann.

●   Hauptursachen :

Zu hohe Schneidtemperaturen während der Bearbeitung führen dazu, dass die Teileoberfläche mit dem Luftsauerstoff reagiert und Oxide entstehen.

Verschlechterte Kühlmittel oder eine nicht rechtzeitige Reinigung der Kühlmittel nach der Verarbeitung führen zu chemischer Korrosion auf der Teileoberfläche.

Die langfristige Lagerung von Teilen in feuchten, heißen oder schlecht belüfteten Umgebungen beschleunigt die Oberflächenoxidation.

●   Auswirkungen : Verfärbungen und Oxidation beeinträchtigen die Oberflächenqualität und das Erscheinungsbild des Teils, was zu Kundenbeschwerden führen kann. In schweren Fällen verringern sie die mechanischen Eigenschaften der Teileoberfläche, wie z. B. Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit, und verkürzen so die Lebensdauer des Teils.

Die Maßgenauigkeit ist ein zentraler Indikator für die Qualität bearbeiteter Teile. Gemäß den Industriestandards der CNC-Bearbeitung müssen Teile die in den Konstruktionszeichnungen angegebenen Maßtoleranzen erfüllen. Überschreitet die Maßabweichung den zulässigen Bereich, führt dies direkt zu Montagefehlern oder beeinträchtigt die Leistung des Endprodukts – dies ist einer der häufigsten Gründe für Produktreklamationen in der Zerspanungsindustrie.

▶   2.1 Maßabweichung (zu groß oder zu klein)

●   Erscheinungen : Die tatsächliche Größe des Teils (z. B. Außendurchmesser, Innenlochdurchmesser, Länge, Dicke) ist größer oder kleiner als die in der Konstruktionszeichnung angegebene Größe und überschreitet den zulässigen Toleranzbereich. Beispielsweise kann ein Teil mit einem konstruierten Außendurchmesser von 50 mm ± 0,02 mm einen tatsächlichen Außendurchmesser von 50,05 mm (zu groß) oder 49,97 mm (zu klein) haben.

●   Hauptursachen :

Der Verschleiß der Bearbeitungswerkzeuge während des Gebrauchs verringert die Schnittgenauigkeit (z. B. kann ein abgenutzter Drehmeißel nicht auf die vorgesehene Größe schneiden).

Ungenaue Positionierung von Teilen auf der Werkzeugmaschine, wie z. B. instabile Einspannung (Teile verschieben sich während des Schneidens) oder falsche Positionierungsdaten (Daten entsprechen nicht den Konstruktionsanforderungen).

Fehler in den Einstellungen des Verarbeitungsprogramms, wie etwa falsche Koordinatenwerte für den Werkzeugweg oder Fehlberechnungen der Schnitttiefe.

Eine thermische Verformung der Werkzeugmaschine oder der Teile während der Bearbeitung (z. B. die Spindel der Werkzeugmaschine erwärmt sich und dehnt sich aus oder das Teil erwärmt sich und verformt sich) beeinträchtigt die Maßgenauigkeit.

●   Auswirkungen : Maßabweichungen führen unmittelbar zu Montageproblemen. Beispielsweise lässt sich ein Teil mit einem zu großen Außendurchmesser nicht in die passende Bohrung einsetzen; ein Teil mit einer zu kleinen Innenbohrung passt nicht auf die passende Welle. Ist das Teil zu kurz oder zu lang, wird die Montageposition des Teils im Produkt gestört, was zu Funktionsstörungen des Produkts führt.

▶   2.2 Form- und Lagetoleranz außerhalb der Toleranz

●   Erscheinungen : Die Form des Teils (z. B. Ebenheit, Rundheit, Geradheit) oder die relative Position zwischen Oberflächen (z. B. Parallelität, Rechtwinkligkeit, Koaxialität) entspricht nicht den Anforderungen der Konstruktionszeichnung. Typische Beispiele sind eine unebene Teileoberfläche mit Konkavitäten oder Konvexitäten oder eine Fehlausrichtung zwischen der inneren Lochachse und der äußeren Kreisachse (Koaxialität außerhalb der Toleranz).

●   Hauptursachen :

Unzureichende Steifigkeit der Werkzeugmaschine – Vibrationen der Werkzeugmaschine selbst während der Bearbeitung verzerren die Form des Teils.

Verschleiß oder Verformung der Führungsschienen der Werkzeugmaschine, die zu Abweichungen in der Bewegungsbahn des Werkzeugs führen.

Zu große Klemmkraft, die das Teil verformt (insbesondere bei dünnwandigen oder wenig steifen Teilen).

Unsachgemäße Verarbeitungsmethoden, wie beispielsweise die Verwendung von Einpunktschneiden zur Verarbeitung langer Wellen, führen leicht zu einer Geradheit außerhalb der Toleranz.

●   Auswirkungen : Form- und Positionstoleranzen außerhalb der Toleranz führen während des Gebrauchs zu ungleichmäßiger Krafteinwirkung auf die Teile, was den Verschleiß erhöht und die Lebensdauer verkürzt. Bei schnell rotierenden Teilen (z. B. Getriebewellen) führt eine Koaxialität außerhalb der Toleranz zu Vibrationen und Geräuschen während der Rotation und gefährdet so die Stabilität und Sicherheit des Produkts.

Innere Strukturfehler von bearbeiteten Teilen sind durch äußere Betrachtung nicht leicht erkennbar, beeinträchtigen jedoch die mechanischen Eigenschaften und die Zuverlässigkeit der Teile erheblich. In schwerwiegenden Fällen können sie dazu führen, dass Teile während des Gebrauchs plötzlich brechen – dies stellt ein erhebliches Sicherheitsrisiko für wichtige Geräteteile (z. B. Motorkomponenten, Hydraulikventile) dar.

▶   3.1 Innere Risse

●   Erscheinungen : Im Inneren des Teils sind feine Risse vorhanden, die nur durch zerstörungsfreie Prüfmethoden wie Ultraschallprüfung oder Röntgenprüfung erkannt werden können. Diese Risse können entlang der Korngrenzen des Materials oder quer zu den Körnern verteilt sein.

●   Hauptursachen :

Das Rohmaterial selbst weist innere Mängel auf, wie beispielsweise bereits vorhandene Risse oder Einschlüsse.

Zu hohe innere Spannungen im Teil während der Verarbeitung, beispielsweise schnelles Abkühlen nach dem Schneiden bei hohen Temperaturen (wodurch thermische Spannungen entstehen) oder ungleichmäßige Spannungsverteilung aufgrund falscher Schneidwege.

Übermäßige Stoß- oder Extrusionskraft auf das Teil während des Spannens (z. B. zu festes Anziehen des Spannfutters) oder des Transports (z. B. fallende Teile).

●   Auswirkungen : Innere Risse verringern die Festigkeit und Zähigkeit des Teils erheblich. Wenn das Teil während des Gebrauchs äußeren Kräften ausgesetzt ist, weiten sich die Risse schnell aus und führen zu einem plötzlichen Bruch. Bei wichtigen Teilen wie Motorkurbelwellen oder mechanischen Getrieben kann ein solcher Bruch zum Ausfall der gesamten Anlage führen, was zu wirtschaftlichen Verlusten oder Sicherheitsunfällen führen kann.

▶   3.2 Innere Einschlüsse und Poren

●   Erscheinungsformen : Im Inneren des Teils sind nichtmetallische Einschlüsse (z. B. Oxide, Sulfide) oder kleine Löcher (Poren) vorhanden. Die Größe der Einschlüsse und Poren variiert – einige sind konzentriert, andere verstreut.

●   Hauptursachen :

Unreine Rohstoffe – beim Schmelzen werden dem Metall nichtmetallische Stoffe beigemischt.

Während der Bearbeitung (z. B. beim Tieflochbohren oder Gewindeschneiden) wird Schneidflüssigkeit oder Luft in der inneren Struktur des Teils eingeschlossen.

Unzureichende Entgasung des Teils während der Wärmebehandlung, was zur Porenbildung führt.

●   Auswirkungen : Innere Einschlüsse führen zu Spannungskonzentrationen im Bauteil und verringern dessen Ermüdungsbeständigkeit (Teile sind anfällig für Beschädigungen bei wiederholter Belastung). Poren verringern die Dichte des Bauteils und beeinträchtigen mechanische Eigenschaften wie Zugfestigkeit und Druckfestigkeit. Bei abgedichteten Teilen (z. B. Hydraulikzylinderblöcken, Ventilkernen) führen Poren zu Undichtigkeiten, die die hydraulische oder pneumatische Leistung der Anlage beeinträchtigen.

Um Defekte an bearbeiteten Teilen schnell zu erkennen und die Qualität sicherzustellen, müssen CNC-Bearbeitungsunternehmen wissenschaftlich fundierte und effektive Erkennungsmethoden anwenden. Im Folgenden finden Sie praktische Erkennungslösungen für verschiedene Arten von Defekten, die für Unternehmen jeder Größe geeignet sind.

▶   4 .1 Erscheinungserkennung

●   Werkzeuge und Methoden :

Beobachtung mit bloßem Auge: Achten Sie auf deutliche Kratzer, Grate oder Verfärbungen auf der Teileoberfläche.

Lupe (5-20x): Bestätigen Sie kleine Defekte (z. B. feine Kratzer), die mit bloßem Auge schwer zu erkennen sind.

Industrie-Endoskop: Untersuchen Sie die Innenfläche tiefer Löcher oder komplexer Hohlräume (z. B. die Innenwand eines Ventilkörpers) auf Defekte.

Oberflächenrauheitsprüfer: Erfassen Sie quantitativ die Oberflächenbeschaffenheit des Teils (z. B. Ra-Wert), um festzustellen, ob es den Designanforderungen entspricht.

●   Mögliche Mängel : Kratzer, Grate, Verfärbungen, Oxidation und andere Probleme mit der Optik auf der Oberfläche.

●   Vorteile : Niedrige Kosten, einfache Bedienung und schnelle Erkennungsgeschwindigkeit – geeignet für eine 100-%-Prüfung von Teilen nach der Verarbeitung.

▶   4.2 Maßgenauigkeitserkennung

Werkzeuge und Methoden:

Grundlegende Messwerkzeuge: Messschieber (für Länge, Außendurchmesser, Innendurchmesser), Mikrometer (für hochpräzise Größenmessung) und Tiefenmesser (für Tiefenmessung).

Koordinatenmessgerät (KMG): Hochpräzise Erfassung von Form- und Lagetoleranzen (z. B. Koaxialität, Parallelität) bei komplexen Teilen.

Messuhren/Hebelanzeiger: Erkennen von Formtoleranzen wie Ebenheit und Geradheit (z. B. durch Prüfen, ob die Oberfläche eines Teils eben ist, indem die Abweichung der Anzeige gemessen wird).

●   Mögliche Mängel : Maßabweichungen (zu groß/zu klein), Form- und Lagetoleranzen außerhalb der Toleranz.

●   Vorteile : Hohe Erkennungsgenauigkeit, geeignet für einfache und komplexe Teile; CMM kann eine automatische Erkennung durchführen und so die Effizienz verbessern.

▶   4 .3 ​​Erkennung der inneren Struktur

●   Werkzeuge und Methoden:

Ultraschallprüfung: Verwenden Sie hochfrequente Schallwellen, um innere Risse, Poren oder Einschlüsse zu erkennen (geeignet für die meisten Metallmaterialien).

Röntgenprüfung: Visualisieren Sie innere Defekte (z. B. Einschlüsse, Poren) in Teilen – ideal für dicke oder komplex strukturierte Teile.

Magnetpulverprüfung: Erkennen von Oberflächen- und oberflächennahen Defekten (z. B. kleine Risse) in ferromagnetischen Materialien (z. B. Eisen, Stahl).

Metallografische Analyse: Schneiden und polieren Sie das Teil und untersuchen Sie dann seine innere Struktur unter einem metallografischen Mikroskop, um Einschlüsse oder strukturelle Anomalien zu erkennen.

●   Zutreffende Defekte : Innere Risse, innere Einschlüsse, Poren.

●   Vorteile : Kann „unsichtbare“ interne Defekte erkennen und so die Zuverlässigkeit der Teile gewährleisten – besonders wichtig für wichtige Sicherheitsteile.

Um das Auftreten von Defekten an bearbeiteten Teilen zu reduzieren, ist ein umfassendes Prozessmanagement erforderlich, das die Auswahl der Rohstoffe, die Wartung der Geräte, die Prozessoptimierung und die Schulung der Bediener umfasst. Die folgenden Maßnahmen haben sich in CNC-Bearbeitungsbetrieben als wirksam erwiesen.

▶   5.1 Strenge Kontrolle der Rohstoffqualität

●   Führen Sie vor der Verwendung von Rohstoffen umfassende Prüfungen durch: Prüfen Sie die chemische Zusammensetzung (um sicherzustellen, dass sie mit dem Konstruktionsmaterial übereinstimmt), die mechanischen Eigenschaften (z. B. Härte, Zugfestigkeit) und die innere Struktur (verwenden Sie Ultraschallprüfungen, um auf bereits vorhandene Risse oder Einschlüsse zu prüfen).

●   Kaufen Sie Rohstoffe von regulären Lieferanten mit Qualifikationszertifikaten (z. B. ISO 9001-Zertifizierung), um die Verwendung nicht qualifizierter Materialien zu vermeiden, die spätere Mängel verursachen können.

●   Richten Sie ein System zur Rückverfolgbarkeit von Rohstoffen ein: Erfassen Sie den Lieferanten, die Chargennummer und die Prüfergebnisse jeder Rohstoffcharge, um die Nachverfolgung und Verantwortlichkeit im Falle von Mängeln zu erleichtern.

▶   5.2 Regelmäßige Wartung und Kalibrierung der Verarbeitungsgeräte

●   Entwickeln Sie einen Wartungsplan für Werkzeugmaschinen: Überprüfen Sie regelmäßig den Werkzeugverschleiß (rechtzeitig abgenutzte Werkzeuge ersetzen), die Genauigkeit der Führungsschienen (verformte Führungsschienen anpassen oder reparieren) und die Spindelfestigkeit (Spindelvibrationen vermeiden). Ersetzen Sie beispielsweise Drehwerkzeuge alle 500 Betriebsstunden (je nach zu schneidendem Material), um die Schnittgenauigkeit sicherzustellen.

●   Kalibrieren Sie Messwerkzeuge und Prüfgeräte regelmäßig: Verwenden Sie Standardmessgeräte, um Messschieber, Mikrometer und Koordinatenmessgeräte alle 3–6 Monate zu kalibrieren und so sicherzustellen, dass ihre Genauigkeit den Erkennungsanforderungen entspricht.

●   Halten Sie die Werkzeugmaschine sauber: Entfernen Sie regelmäßig Schneidspäne, Kühlmittelrückstände und andere Verunreinigungen von der Werkzeugmaschine, um zu verhindern, dass diese die Bearbeitungsgenauigkeit beeinträchtigen.

▶   5.3 Verarbeitungsparameter und Prozessablauf optimieren

●   Passen Sie die Verarbeitungsparameter an die Rohmaterialien und Teileanforderungen an: Verwenden Sie beispielsweise beim Schneiden von Aluminium (einem weichen Material) eine höhere Schnittgeschwindigkeit (1000–1500 m/min) und eine moderate Vorschubgeschwindigkeit (0,1–0,2 mm/U), um eine Überhitzung zu vermeiden. Verwenden Sie beim Schneiden von Edelstahl (einem harten Material) eine niedrigere Schnittgeschwindigkeit (300–500 m/min) und eine geringere Vorschubgeschwindigkeit, um den Werkzeugverschleiß zu verringern.

●   Optimieren Sie den Prozessablauf:

Führen Sie nach dem Schneiden einen Entgratungsprozess durch (z. B. mit einem Entgratungswerkzeug oder durch Sandstrahlen), um Grate zu entfernen.

Fügen Sie nach der Verarbeitung einen Reinigungs- und Rostschutzprozess hinzu: Reinigen Sie das Teil mit einem neutralen Reiniger, um Kühlmittelrückstände zu entfernen, und tragen Sie dann Rostschutzöl auf oder sprühen Sie eine Rostschutzbeschichtung auf, um Oxidation zu verhindern.

Verwenden Sie bei dünnwandigen Teilen spezielle Spannvorrichtungen (z. B. weiche Backen aus Aluminium), um die Spannverformung zu reduzieren.

▶   5.4 Stärkung der Schulung und des Managements der Bediener

●   Bieten Sie eine systematische professionelle Schulung der Bediener an:

Bedienung von Werkzeugmaschinen: Bringen Sie den richtigen Betrieb von CNC-Werkzeugmaschinen bei (z. B. Programmierung, Werkzeugeinstellung, Klemmung), um menschliche Fehler zu vermeiden.

Fehlererkennung: Schulen Sie die Bediener darin, häufige Fehler (z. B. Kratzer, Maßabweichungen) zu erkennen und zu melden und zu beheben.

Verwendung von Messwerkzeugen: Weisen Sie die Bediener an, Messschieber, Mikrometer und andere Werkzeuge richtig zu verwenden, um eine genaue Selbstinspektion zu gewährleisten.

●   Richten Sie ein strenges Qualitätskontrollsystem ein:

Fordern Sie die Bediener auf, jedes verarbeitete Teil einer Selbstinspektion zu unterziehen (z. B. Größe mit einem Messschieber prüfen, Aussehen mit bloßem Auge überprüfen) und die Inspektionsergebnisse aufzuzeichnen.

Beauftragen Sie Qualitätsprüfer mit der Durchführung von Stichprobenprüfungen (Stichprobenrate ≥ 10 %) oder einer vollständigen Prüfung (für Schlüsselteile). Lehnen Sie nicht qualifizierte Teile ab und analysieren Sie die Ursachen, um ein erneutes Auftreten zu verhindern.

Defekte an bearbeiteten Teilen – ob Aussehen, Maßgenauigkeit oder innere Struktur – haben spezifische Ursachen und können sich auf die Produktqualität und -sicherheit auswirken. Für CNC-Bearbeitungsunternehmen ist die Beherrschung der Arten, Erkennungsmethoden und Präventionsmaßnahmen dieser Defekte entscheidend, um die Produktqualität zu verbessern, Retouren zu reduzieren und die Wettbewerbsfähigkeit auf dem Markt zu steigern.

Durch die Implementierung einer prozessübergreifenden Qualitätskontrolle – von der strengen Auswahl der Rohstoffe und der Wartung der Anlagen bis hin zur Prozessoptimierung und Schulung der Bediener – können Unternehmen die Fehlerquote effektiv senken, hochwertige Bearbeitungsteile produzieren und das Vertrauen der Kunden gewinnen. Langfristig hilft dies nicht nur Unternehmen, größere Marktanteile zu gewinnen, sondern fördert auch die nachhaltige Entwicklung der gesamten CNC-Bearbeitungsbranche.