Wissen & Beratung
Fertigungsgerechte Konstruktion – Fehler vermeiden und Kosten senken
Eine durchdachte Konstruktion ist entscheidend für eine wirtschaftliche CNC-Fertigung. Bereits kleine Änderungen an Geometrie, Toleranzen oder Bearbeitungszugängen können den Fertigungsaufwand deutlich reduzieren.
Viele kostenintensive Bearbeitungsschritte entstehen nicht durch die Fertigung selbst, sondern durch konstruktive Entscheidungen, die erst später einen hohen Aufwand verursachen. Durch eine frühzeitige Abstimmung zwischen Konstruktion und Fertigung lassen sich Bauteile häufig einfacher, schneller und wirtschaftlicher herstellen – ohne Einschränkungen der Funktion.
Radien
Innenradien richtig auslegen
Innenradien gehören zu den häufigsten Einflussfaktoren auf die Fertigungskosten von Frästeilen. Grundsätzlich gilt: Je kleiner der Innenradius, desto kleiner muss der eingesetzte Fräser sein. Kleine Werkzeuge reduzieren jedoch das mögliche Zeitspanvolumen und verlängern dadurch die Bearbeitungszeit.
Eine bewährte Faustregel lautet: Die Tiefe einer Tasche sollte an Position des Innenradius maximal etwa das Dreifache des erforderlichen Fräserdurchmessers betragen.
Beispiel:
- Innenradius: 3 mm
- erforderlicher Fräserdurchmesser: 6 mm
- sinnvolle Taschentiefe: etwa 18 mm
Weiterhin sollte der Radius zusätzlich geringfügig größer (5-10%) ausgelegt werden um ein Rattern beim Durchfahren des Radius zu vermeiden.
Das bedeutet nicht, dass kleinere Radien oder tiefere Taschen grundsätzlich nicht gefertigt werden können. Je nach Geometrie kann der Radius beispielsweise mit einem Kugelfräser angestellt abgezeilt oder spezielle Bearbeitungsstrategien eingesetzt werden. Allerdings steigen dadurch Bearbeitungszeit und Aufwand deutlich.
Bei sehr ungünstigen Kombinationen aus kleinen Innenradien und großen Tiefen kann sogar eine zusätzliche Bearbeitung durch Senkerodieren notwendig werden. Dies ist technisch möglich, verursacht aber zusätzliche Kosten und verlängert die Fertigungszeit erheblich.
Tipp
Soll ein anderes Bauteil in die Tasche eingesetzt werden, kann es einfacher sein, den Radius dort entsprechend zu vergrößern.
Gewinde
Gewinde fertigungsgerecht konstruieren
Auch bei Gewinden gilt: So tief wie notwendig, aber nicht tiefer.
In der Konstruktion werden Gewinde häufig bewusst länger ausgeführt, um eine einheitliche Schraubenlänge für verschiedene Positionen verwenden zu können. Dieser Ansatz ist nachvollziehbar, kann aber unnötige Fertigungskosten verursachen, da der zusätzliche Bearbeitungsaufwand häufig höher ist als der Preis einer angepassten Schraube.
Bei der Auslegung sollten folgende Punkte berücksichtigt werden:
- Beim Gewindefräsen ist die maximale Gewindetiefe durch die Werkzeuglänge begrenzt.
- Auch beim Gewindebohren oder Gewindeformen sind tiefe Gewinde kritisch, da bei großen Tiefen nicht mehr ausreichend Kühlschmierstoff an die Schneide gelangt. Dies erhöht das Risiko von Werkzeugbruch.
- Bei Sacklochbohrungen sollte ausreichend Auslauf für das Gewindewerkzeug vorgesehen werden.
- Beim Gewindefräsen reicht häufig eine zusätzliche Tiefe in Höhe von etwa einer Gewindesteigung als Auslauf.
- Gewinde sollten möglichst nicht direkt in tiefen Taschen unmittelbar an der Wand positioniert werden. Dies erschwert Werkzeugzugang, Spanabfuhr und stabile Bearbeitung.
Tipp
Die meisten CAD-Programme schlagen die ideale Gewindetiefe vor. Eine Anpassung ist nur in Ausnahmefällen notwendig.
Wandstärke
Dünnwandige Bauteile sicher fertigen
Dünnwandige Bauteile stellen besondere Anforderungen an die Spanntechnik. Durch die geringe Steifigkeit können bereits geringe Spannkräfte oder Schnittkräfte zu Verformungen führen.
Für solche Anwendungen kann eine Vakuumspannung die geeignete Lösung sein. Damit dies zuverlässig funktioniert, sollten bereits bei der Konstruktion geeignete Spannflächen vorgesehen werden.
Wichtig:
- ausreichend große zusammenhängende Flächen für die Vakuumaufnahme vorsehen
- unnötige Unterbrechungen durch Bohrungen oder Aussparungen vermeiden
- möglichst stabile Grundgeometrien schaffen
Je stärker die Spannfläche durch Absätze, Durchbrüche oder Bohrungen unterbrochen wird, desto aufwendiger wird die notwendige Vorrichtung
Tipp
Je steifer das Bauteil, desto sicherer und effizienter ist die Bearbeitung
Genauigkeit
Toleranzen richtig angeben
Enge Toleranzen sind einer der größten Kostentreiber in der Fertigung.
Häufig werden Toleranzen aus Sicherheitsgründen enger gewählt, obwohl sie für die Funktion des Bauteils nicht erforderlich sind. Diese sogenannten "Angsttoleranzen" erhöhen jedoch Bearbeitungs- und Prüfaufwand erheblich.
Deshalb sollten Toleranzen immer funktionsbezogen definiert werden.
Unsere Empfehlung:
- nur dort enge Toleranzen fordern, wo sie technisch notwendig sind
- Allgemeintoleranzen sinnvoll nutzen
- bei Unsicherheit frühzeitig den Fertigungspartner einbeziehen
Tipp
Sie kennen die Funktion Ihrer Bauteile - wir wissen, wie wir diese Funktion herstellen können. Beziehen SIe uns frühzeitig ein.