Welches Material ist am schwierigsten zu CNC -Maschine?

In der Welt der Fertigung ist die CNC-Bearbeitung ein Eckpfeiler der Präzision – doch nicht für alle Materialien gelten die gleichen Regeln. Während Metalle wie Aluminium oder Weichstahl problemlos durch den Bearbeitungsprozess gleiten, stellen andere Metalle einzigartige Herausforderungen dar und testen die Grenzen von Werkzeugen, Geräten und Fachwissen.

Was macht ein Material für die CNC-Bearbeitung „schwierig“? Es ist eine Mischung physikalischer Eigenschaften: Härte, die dem Schneiden widersteht, schlechte Wärmeleitfähigkeit, die Wärme einschließt, chemische Reaktivität, die Werkzeuge beschädigt, und sogar Kaltverfestigung, die jeden Durchgang schwieriger macht als den letzten.

Lassen Sie uns einen Blick auf die Materialien werfen, die ganz oben auf der Liste der „am schwierigsten zu bearbeitenden“ Materialien stehen – und wie Hersteller mit ihnen umgehen.

Titanlegierungen sind Stars in der Luft- und Raumfahrt, in der Medizintechnik und im Hochleistungsingenieurwesen – dank ihres Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses und ihrer Korrosionsbeständigkeit. Für CNC-Maschinisten sind sie jedoch eine harte Nuss.

Hohe Festigkeit bei hohen Temperaturen: Auch bei Erhitzung behält Titan seine Festigkeit, was die Schneidkraft erhöht und Werkzeuge belastet.

Schreckliche Wärmeleitfähigkeit: Es leitet Wärme 5-mal weniger als Stahl und 10-mal weniger als Aluminium. Der Großteil der Schneidwärme bleibt an der Werkzeugspitze gefangen und beschleunigt den Verschleiß.

Chemische Reaktivität: Bei hohen Temperaturen reagiert Titan mit Werkzeugmaterialien (wie Hartmetall) und verursacht eine „Aufbauschneide“, bei der Material am Werkzeug haften bleibt, wodurch die Oberflächenbeschaffenheit beeinträchtigt und die Lebensdauer des Werkzeugs verkürzt wird.

Beispielsweise verkürzt die Bearbeitung hochfester Titanlegierungen wie TC4 die Werkzeuglebensdauer oft auf einen Bruchteil der Lebensdauer von Stahl. Werkstätten benötigen robuste Maschinen und Spezialwerkzeuge, um Vibrationen zu vermeiden und die Präzision aufrechtzuerhalten.

Superlegierungen sind dafür ausgelegt, extremer Hitze standzuhalten – denken Sie an Düsentriebwerke, Gasturbinen und Kernreaktoren. Ihre Widerstandsfähigkeit macht sie jedoch zu einem Albtraum für die CNC-Bearbeitung.

Extreme Härte und Festigkeit: Schon bei Raumtemperatur sind sie viel härter als Stahl und erfordern enorme Schneidkräfte.

Starke Kaltverfestigung: Beim Schneiden härtet die Oberfläche des Materials stark aus (bis zu 50 % härter als das Grundmetall), wodurch nachfolgende Durchgänge exponentiell härter werden.

Wärmefallen: Eine schlechte Wärmeleitfähigkeit konzentriert die Wärme an der Werkzeugspitze, was zu Überhitzung und vorzeitigem Werkzeugausfall führt.

Nehmen wir Inconel 718, eine gängige Nickellegierung: Hier ist der Werkzeugverschleiß drei- bis fünfmal höher als bei Weichstahl. Maschinisten müssen Werkzeuge (wie Keramik oder kubisches Bornitrid) sorgfältig auswählen und Parameter optimieren, um Katastrophen zu vermeiden.

Ultrahochfester Stahl (UHSS) wird in Sicherheitsteilen für Autos, Panzerungen und Luft- und Raumfahrtstrukturen verwendet und bietet eine unübertroffene Zähigkeit – seine Bearbeitung erfordert jedoch ein Höchstmaß an Geschick.

Außergewöhnliche Härte: Viele Sorten erreichen HRC 50+ und erfordern Werkzeuge mit extremer Verschleißfestigkeit (wie CBN oder ultrafeines Hartmetall).

Zähe, widerspenstige Späne: Die hohe Zähigkeit führt zu langen, faserigen Spänen, die sich um Werkzeuge oder Teile wickeln und so Präzision und Sicherheit beeinträchtigen.

Hitze und Vibration: Beim Schneiden entsteht intensive Hitze (die schwer abzuleiten ist), während die Steifheit des Materials Vibrationen verursacht, die die Oberflächenbeschaffenheit und Genauigkeit beeinträchtigen.

Für die Bearbeitung von UHSS sind häufig Hochleistungsmaschinen mit vibrationsdämpfenden Eigenschaften erforderlich, um die Schnitte stabil zu halten.

Eine neuere Klasse von Hochtemperaturmaterialien, intermetallische Titan-Aluminium-Verbindungen (Ti-Al), versprechen geringes Gewicht und Festigkeit für die Luft- und Raumfahrt – ihre Bearbeitungsschwierigkeiten sind jedoch enorm.

Sprödigkeit bei Raumtemperatur: Im Gegensatz zu reinem Titan sind Ti-Al-Legierungen spröde und neigen daher beim Schneiden zur Rissbildung.

Schlechtere Wärmeleitfähigkeit als Titan: Die Hitze staut sich noch schneller, wodurch die Werkzeuge extrem beansprucht werden.

Geringe Bruchzähigkeit: Das Material reißt unter Schnittkraft leicht und beschädigt sowohl Teile als auch Werkzeuge.

Da es sich um ein neueres Material handelt, wird die Bearbeitung intermetallischer Ti-Al-Verbindungen noch verfeinert. Dies erfordert experimentelle Werkzeuge und langsame, präzise Vorschübe.

So zäh diese Materialien auch sind, mit der richtigen Strategie können sie bearbeitet werden. Folgendes funktioniert:

Wählen Sie die richtigen Werkzeuge

Entscheiden Sie sich für ultraharte, hitzebeständige Materialien:

● Kubisches Bornitrid (CBN): Bewältigt hohe Temperaturen und harte Materialien wie UHSS.

● Keramikwerkzeuge: Beständig gegen Hitze und chemische Reaktionen (ideal für Superlegierungen).

● Ultrafeines Hartmetall: Gleicht Zähigkeit und Verschleißfestigkeit für Titan aus.

Schnittparameter optimieren

●Verringern Sie die Schnittgeschwindigkeit, um die Hitze zu reduzieren.

●Verwenden Sie moderate Vorschubgeschwindigkeiten und geringe Tiefen, um eine Überlastung der Werkzeuge zu vermeiden.

●Fügen Sie eine Hochdruckkühlung (bis zu 1000 psi) oder eine Ölnebelschmierung hinzu, um Hitze und Späne abzuspülen.

Verbessern Sie Ihren Prozess

●Schrittweise Bearbeitung: Machen Sie bei komplexen Teilen kleinere Schnitte, um Spannungen zu vermeiden.

●Wärmebehandlung vor der Bearbeitung: Materialien vorübergehend erweichen, um das Schneiden zu erleichtern.

●Hochgeschwindigkeitsbearbeitung (HSM): Reduziert Vibrationen bei spröden Materialien wie Ti-Al.

Investieren Sie in starre Ausrüstung

Maschinen mit Hochleistungsrahmen, hohem Drehmoment und stabilen Spindeln minimieren Vibrationen – entscheidend für die Präzision bei harten Materialien.

Trotz des Aufwands sind diese „schwierigen“ Materialien unersetzlich. Titanlegierungen machen Flugzeuge leichter, Superlegierungen treiben Düsentriebwerke an und UHSS sorgt für die Sicherheit von Autos. Ihre Leistungsvorteile überwiegen bei weitem die Herausforderungen bei der Bearbeitung – sofern Sie über das nötige Fachwissen verfügen, um diese zu bewältigen.

Benötigen Sie Hilfe bei der Bearbeitung harter Materialien? Unser Team ist auf die CNC-Bearbeitung von Titan, Superlegierungen und mehr spezialisiert. Mit über 19 Jahren Erfahrung, modernster Ausrüstung und kundenspezifischen Werkzeugen machen wir „unmögliche“ Teile zur Realität.

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