Kostenreduzierung bei CNC-Maschinen

In diesem Artikel gebe ich dir 10 Tipps mit denen du deine Fertigungskosten von CNC gefrästen Teilen reduzieren kannst. Die Erfahrzung zeigt, dass meistens die Bearbeitungszeit an der CNC Maschine der größte Kostenverursacher ist.

Zusammensetzung Teilekosten

Zusammensetzung Teilekosten

Dabei übersteigen die Kosten für die Bearbeitung sowohl die Materialkosten, die Einricht-und Rüstkosten als auch die Kosten für Oberflächenbehandlungen wie es zum Beispiel das Eloxieren ist.

Das Geheimnis geringer Fertigungskosten

Was ist also das Geheimnis für geringe Fertigungskosten? Im Kern solltest du darauf achten, dass die Bearbeitungszeit deines Teils auf der Maschine so stark wie möglich reduziert wird. (Mehr dazu hier auf http://vioproto.de/cnc-fraesen-drehen/)

Der einfachste Weg um die Bearbeitungszeit zu verkürzen ist der Fokus auf eine fertigungsgerechte Konstruktion. Je stärker Entwickler und Ingenieure ihre Konstruktionen bezüglich Fertigbarkeit optimieren, desto kürzer fällt die Zerspandauer aus und desto wirtschaftlicher können die Einzelteile hergestellt werden.

Hier erhältst du jetzt 10 Tipps zur Kostenreduzierung bei CNC-Maschinen, die du in deinem nächsten Projekt beachten solltest:

1. Achte auf die Gestaltung der Fräserradien

Durch die Bearbeitung mit einer CNC Fräse entstehen automatisch Radien an den Ecken einer Fräskonstur. Eine rechteckige Tasche ohne Radien ist extrem aufwendig und teuer mit Hilfe von z.B. Erodiertechnik zu fertigen.

Fraeserradius vorsehen

Große Fräserradien an Taschen vorsehen

Für Frästeile musst du den Fräserradius an deinem Bauteile berücksichtigen. Je größer du den Radius vorsiehst, desto größer kann der Fräserdurchmesser gewählt werden.

Mit Hilfe eines größeren Fräsers kann das überschüssige Material schneller abgetragen werden. Um einen kleinen Eckenradius zu erhalten muss jedoch ein kleinerer Fräser verwendet werden welcher das gleiche Material in mehr Schritten wegnehmen muss. Zusätzlich muss bei einem kleinen Fräser die Vorschubgeschwindigkeit reduziert werden um die Schnittkräfte gering zu halten und Werkzeugbruch zu vermeiden.

Für eine optimale und fertigungsgerechte Gestaltung ist in der Regel ein L:D Verhältnis eines Schaftfräsers von 3 zu 1 zu empfehlen (L=Fräserlänge, D=Fräserdurchmesser). Um einen häufigen Werkzeugwechsel zu vermeiden und die Komplexität der Bearbeitung gering zu halten empfiehlt es sich – wenn möglich – immer den gleichen Radius zu verwenden.

2. Gib Toleranzen möglichst grob an

Toleranzen weit wählen

Toleranzen weit angeben

Denke daran in deiner Fertigungszeichnung deine Toleranzen nur so eng wie nötig und so weit wie möglich anzugeben. Wenn für die spätere Funktionsfähigkeit eine engere Toleranz keinen Vorteil hat, dann schränke die Maßtoleranz nicht unnötig eng ein. Wenn du bei der Bemaßung keine zusätzlichen Toleranzwerte an einem Maß angibst, so reicht die Angabe der Allgemeintoleranz nach DIN ISO 2768 im Schriftfeld der Zeichnung aus.

3. Vermeide tiefe Taschen und Bohrungen

Vergleich gefräste Taschen

Vermeide tiefe Taschen

Fertigungsteile mit tiefen Taschen und Bohrungen sind teuer und aufwendig herzustellen. Tiefe Bearbeitungen erfordern grazile Werkzeuge die schneller verschleißen.

Falls eine Zerspanung auf herkömmlichem Weg durch Drehen, Fräsen oder Bohren nicht mehr möglich ist, kann der Fertiger auch auf die Fertigungsmethode Erodieren umsteigen, welche sehr kostenintensiv ist.

4. Gestalte dünnwandige Bereiche massiver

Wandstärken

Ausreichend dicke Wandstärken vorsehen

Das Spannen und die Zerspanung von dünnwandigen Teilen ist schwierig. Dünnwandige Strukturen haben eine geringe Stabilität und führen schneller zu Werkzeug- und Werkstückschwingen. Dünnwandiges Material wird durch den Fräser und die Spannbacken leicht verdrückt. Das Ergebnis sind teure oder ungenaue Teile.  Im Zuge der Kostenreduzierung von CNC Teilen verwende keine Wandstärken unter 1,0 mm.

Falls die dünnen Wandstärken erforderlich sind kannst du dir alternativ auch überlegen ob das Teil nicht durch eine Blechumformung hergestellt werden kann.

5. Verwende Standardabmessungen

Normgewinde

Gewinde nach Norm

Versuche bei der Gestaltung deiner Bohrungen, Senkungen oder auch Gewinde und Stiftlöcher auf genormte Standardmaße (s. DIN, ISO…) zurückzugreifen. Dadurch ist sichergestellt dass übliche und günstige Bohrer, Senker, Gewindeschneider und Senker verwendet werden können. Sonderanfertigungen von Werkzeugen sind teuer.

6. Optimiere die Gestaltung deiner Gewinde

Sowohl die Anzahl der Gewinde als auch die Gewindetiefe beeinflussen die Kosten deines Bauteils. Versuche so wenig Gewindelöcher wie möglich vorzusehen und bedenke dass als Faustregel eine Gewindetiefe von maximal 3xD ausreicht (D=Gewindedurchmesser).

Eine M5 Schraube solltest du also z.B. nicht tiefer als 15 mm tief einschrauben. In der Regel gilt außerdem: Je größer das Gewinde desto einfacher kann dies hergestellt werden.

7. Wähle das geeignete Material

Verwende das geeignetste Material für dein Bauteil. Wenn es sowohl die Festigkeit als auch die anderen Eigenschaften zulassen verwende eine gut zerspanbare Automaten-Aluminiumlegierung. (Tabelle Aluminiumlegierungen DIN EN 573) Das weichere Aluminium kann wesentlich schneller zerspant werden als hochfester Stahl.

Auch bei Stahl gibt es verschiedene Legierungen die besser oder weniger zu zu zerspanen sind. Ein gängiger Automatenstahl ist auch hier zu empfehlen.

8. Halte die Komplexität gering

Kostenreduzierung durch geringere Komplexität

Reduziere die Komplexität

Versuche die Konturen deines Bauteils so einfach wie möglich zu halten. Gestalte dein Teil so, dass die Bearbeitung von wenigen Seiten notwendig ist sodass das Bauteil während der Zerspanung nicht mehrmals umgespannt werden muss.

9. Vermeide unterschiedliche Oberflächen an einem Teil

Ein Bauteil mit unterschiedlichen Oberflächen ist aufwendig in der Herstellung. Unterschiedliche chemische und elektrolytische Oberflächenveredelungen sind nur mit erhöhtem Mehraufwand möglich.

10. Nutze Skaleneffekte durch Serienfertigung

Einfluss Stückzahl auf Einzelteilkosten

Geringere Einzelteilkosten durch größere Stückzahlen

Obwohl die neuesten CNC Bearbeitungszentren bereits parallel Rüsten und spannen können, erreichst du eine höhere Kostenreduzierung in der Zerspanung wenn du höhere Stückzahlen bestellst.

Bedenke was passiert, wenn du mehrere 10.000 Stück bestellst anstatt nur 100! Die Rüst-, Programmier- und Einrichtkosten verteilen sich dann eben auf viel mehr Teile. Bei größeren Stückzahlen lohnt es sich für den Fertigungsbetrieb den Zerspanprozess im Detail zu optimieren um die Teile günstiger anbieten zu können.

Noch mehr Gestaltungsregeln für eine fertigungsgerechte Konstruktion findest du auch hier: http://www.fml.mw.tum.de/fml/images/studium/mz_cad/lsg_kgl/kgl-lsg.pdf.

Welche Tips kennst du noch um deine Bauteilkosten gering zu halten?


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