Welche Materialien können nicht CNC-bearbeitet werden?

Bevor wir besprechen, welche Materialien nicht CNC-bearbeitet werden können, müssen wir zunächst die Prinzipien und Einschränkungen der CNC-Bearbeitung verstehen und dann sehen, welche Materialien nicht für die CNC-Bearbeitung geeignet sind. Aufgrund ihrer hohen Präzision, hohen Effizienz und breiten Anwendbarkeit ist die CNC-Bearbeitung zu einer der Kerntechnologien der modernen Fertigung geworden. Allerdings sind nicht alle Materialien für die Bearbeitung mit herkömmlichen CNC-Verfahren geeignet. Die physikalischen oder chemischen Eigenschaften   Bei manchen Materialien kann es zu übermäßigem Werkzeugverschleiß, schlechter Bearbeitungsqualität und sogar zu Schäden an den Werkzeugmaschinen kommen. In diesem Artikel wird untersucht, welche Materialien sich nur schwer oder gar nicht mit CNC-Bearbeitung bearbeiten lassen. Außerdem werden die Gründe dafür sowie mögliche Alternativen analysiert.

Bei der CNC-Bearbeitung handelt es sich in der Regel um das Schneiden von Materialien mit Werkzeugen, was hauptsächlich von zwei Faktoren abhängt. Einer davon ist die Härte des Werkzeugs. Das Werkzeug muss härter sein als das zu bearbeitende Material, sonst verschleißt es schnell. Der zweite Punkt ist die Materialstabilität: Das Material muss eine gewisse Festigkeit aufweisen, um eine Verformung oder Fragmentierung durch die Schnittkraft zu vermeiden. Wenn das Material die oben genannten Bedingungen nicht erfüllt, ist eine herkömmliche CNC-Bearbeitung schwierig durchzuführen.

1. Superharte Materialien:

Typische Materialien: Naturdiamant, kubisches Bornitrid (CBN)

Verarbeitungsschwierigkeiten: Die Härte von Diamant beträgt bis zu Mohs 10 und die von CBN liegt nahe bei 9, was viel höher ist als bei herkömmlichen Hartmetallwerkzeugen (Härte liegt bei etwa 8-9). Das Werkzeug wird beim Schneiden schnell stumpf oder bricht sogar.

Alternative Lösungen:

Verwenden Sie Funkenerosion (EDM) oder Laserschneiden, um Materialien durch Hitze- oder Entladungsprinzipien zu entfernen.

2. Hochspröde Materialien

Typische Materialien: Normalglas, ungesinterte Keramik, hochreiner Graphit

Verarbeitungsschwierigkeiten:

Das Material neigt beim Schneiden zum Brechen und an den Kanten bilden sich Grate oder Risse, wodurch die Genauigkeit erschwert wird. Beispielsweise kann Glas unter dem Druck eines Werkzeugs sofort zerspringen.

Alternative Lösungen:

Verwenden Sie Schleiftechnologie (z. B. Präzisionsschleifmaschinen) oder Wasserstrahlschneiden, um direkte Auswirkungen zu reduzieren.

3. Hochviskose oder weiche Materialien

Typische Materialien: Gummi, Silikon, weiche Kunststoffe (z. B. PE, PU)

Verarbeitungsschwierigkeiten:

Das Material ist hochelastisch und das Werkzeug neigt eher zum „Ziehen“ als zum Schneiden, was zu Verformungen oder einer rauen Oberfläche führt. Weiche Kunststoffe können zudem durch Reibungswärme schmelzen und am Werkzeug kleben bleiben.

Alternativen:

Gefriertrocknung: Verarbeitung nach Aushärtung des Materials bei niedriger Temperatur (z. B. Abkühlen von Gummi mit flüssigem Stickstoff).

Verwenden Sie Hochgeschwindigkeitsspindeln (über 20.000 U/min), um den Wärmestau zu reduzieren.

4. Hochtemperaturempfindliche Materialien

Typische Materialien: Blei, Zinn, PVC-Kunststoffe

Schwierigkeiten bei der Verarbeitung:

Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt (wie Zinn Schmelzpunkt 232 ° C) werden beim Hochgeschwindigkeitsschneiden leicht weich und kleben am Werkzeug fest; PVC setzt bei hohen Temperaturen giftiges Chlorgas frei, das die Bediener gefährdet.

Alternativen:

Kontrollieren Sie die Schnitttemperatur (z. B. durch Kühlmittel) oder verwenden Sie stattdessen 3D-Druck oder Spritzguss.

5. Heterogene Verbundwerkstoffe

Typische Materialien: Kohlenstofffaserverstärkte Verbundwerkstoffe (CFK), Glasfaser

Schwierigkeiten bei der Verarbeitung:

Die Anisotropie des Materials führt zu einer ungleichmäßigen Schnittkraft und einem extrem schnellen Werkzeugverschleiß. Außerdem kann es zu einer Delamination der Kohlefaser kommen, was die strukturelle Festigkeit beeinträchtigt.

Alternativen:

Verwenden Sie diamantbeschichtete Werkzeuge und optimieren Sie die Schnittparameter (niedriger Vorschub, hohe Geschwindigkeit).

Es ist erwähnenswert, dass viele Materialien zwar mit herkömmlicher CNC-Bearbeitung schwierig zu bearbeiten sind, jedoch nicht absolut „unbearbeitbar“. Die folgenden Methoden können verwendet werden, um die Einschränkungen zu überwinden:

Spezialwerkzeuge: wie zum Beispiel Werkzeuge aus polykristallinem Diamant (PKD) zur Bearbeitung von Carbonfasern.

Prozessverbesserung: kombiniert mit Kühltechnologie (wie kryogene Verarbeitung), Vibrationsunterdrückung usw.

Hybridverfahren: Zuerst CNC-Grobbearbeitung, dann EDM- oder Laser-Finish.

Beispielsweise weisen hochwarmfeste Legierungen auf Nickelbasis (wie etwa Inconel) aufgrund ihrer hohen Festigkeit und hohen Wärmeleitfähigkeit zwar eine extrem kurze Werkzeugstandzeit auf, können aber dennoch mit speziellen Keramikwerkzeugen und extrem niedrigen Vorschubgeschwindigkeiten bearbeitet werden, allerdings sind die Kosten dafür extrem hoch.

Abschluss

Obwohl die CNC-Verarbeitung leistungsstark ist, erinnern uns ihre Einschränkungen auch daran, dass Materialeigenschaften und Verarbeitungstechnologie genau aufeinander abgestimmt sein müssen. Bei der Bearbeitung von Spezialmaterialien müssen Ingenieure Kosten, Effizienz und Qualität umfassend berücksichtigen und flexibel zwischen herkömmlichen Schneid-, Spezialverarbeitungs- oder additiven Fertigungslösungen wählen. Mit der Entwicklung von Technologien wie superharten Werkzeugen und intelligenten Kühlsystemen werden die Einsatzmöglichkeiten der CNC-Bearbeitung in Zukunft möglicherweise noch weiter erweitert, doch die Kernlogik der Fertigungsindustrie wird immer darin bestehen, die Technologie materialgerecht einzusetzen.