Strategien zur Kostensenkung in der modernen CNC-Bearbeitung

In der Fertigung wird die CNC-Bearbeitung wegen ihrer Präzision und Geschwindigkeit hoch geschätzt. Allerdings kann dieser Prozess teuer sein. Hersteller suchen ständig nach Methoden, um die Kosten der CNC-Bearbeitung zu senken und gleichzeitig eine qualitativ hochwertige Produktion aufrechtzuerhalten.

In diesem Artikel werden einige wirksame Strategien zur Senkung der Kosten für CNC-Dienstleistungen vorgestellt. Mit ein paar klugen Änderungen können Unternehmen Geld sparen und trotzdem Artikel von höchster Qualität liefern

Stückökonomie und Massenproduktion

Bei der CNC-Bearbeitung gilt das Prinzip „Mehr ist weniger“. Je mehr Produkte Sie herstellen, desto günstiger wird es. Die CNC-Bearbeitung wird kosteneffizient, wenn die Produktion Hunderte oder Tausende beträgt.

Der erste Grund sind die geringeren Rohstoffkosten beim Kauf in großen Mengen. Schätzungen zufolge kann der Kauf von Materialien für mehr als 1.000 Teile den Stückpreis um das Fünf- bis Zehnfache senken. Der andere Grund ist die Prozesskonsistenz. Unabhängig davon, ob 10, 50 oder 100 Einheiten produziert werden, bleiben CAD-Konstruktion, Werkzeuge und Maschinenkonfiguration während der gesamten Produktion gleich. Schließlich lässt sich die Massenproduktion leicht automatisieren, da Start, Ende und Abfolge der Zwischenschritte gleich sind.

Wenn Sie hingegen zur Einzelproduktion übergehen, müssen Sie die Maschine jedes Mal, wenn ein Produkt hergestellt wird, neu konstruieren, zurücksetzen und neu programmieren.

Geometrische Vereinfachung für betriebliche Effizienz

Komplexe Geometrien, oft unnötig, erschweren und verlängern den Bearbeitungsprozess. Wenn wir einfache Designänderungen an der Geometrie vornehmen, könnte dies die Produktionszeit und damit die Kosten drastisch verkürzen.

Anstatt beispielsweise scharfe Kanten in Hohlräumen zu erzeugen, konstruieren Sie Kanten mit einem Radius. Die CNC-Werkzeugeinsätze sind von zylindrischer Natur. Sie erzeugen immer radiale Kanten. Auch der Eckenradius ist wichtig – ein niedriger Radius bedeutet, dass ein Werkzeug mit kleinerem Durchmesser verwendet werden muss und mehrere Durchgänge erforderlich sind, um das Material zu entfernen.

Um scharfe Kanten zu erzielen, muss man auf ein teureres Verfahren umsteigen, die elektrische Entladungsbearbeitung (EDM). Eine Alternative, die Maschinenbauer nennen, insbesondere wenn eine rechteckige Form in den Hohlraum eingepasst werden muss, ist das Anbringen von Hinterschnitten an den Ecken (siehe Abbildung). Diese Art von Design wird als zweidirektionaler Hundeknochen bezeichnet.

Ebenso erhöhen größere Gewindetiefen (1,5-facher Durchmesser) die Verbindungsfestigkeit nicht mehr. Daher ist es ratsam, die Gewindetiefe nicht zu erhöhen, da hierfür Spezialwerkzeuge erforderlich sind, die unnötige Kosten verursachen.

Das Gleiche gilt für tiefe Hohlräume, die begrenzt werden müssen. Mit normalen Werkzeugbits schaffen Sie problemlos eine Tiefe, die dem 2- bis 3-fachen des Durchmessers entspricht. Für tiefe Hohlräume sind jedoch spezielle Werkzeuge und Anbaugeräte sowie in einigen komplexen Fällen mehrachsige CNC-Systeme erforderlich.

Achten Sie beim Entwerfen von Löchern darauf, die Standardgrößen zu wählen, da deren Werkzeugbits günstiger und leicht verfügbar sind. Die Lochgrößen sollten in Bruchteilen eines Zolls (1/8 Zoll, 1/4) oder ganz angegeben sein, falls Sie sich an den Millimeterstandard halten.

Schließlich kann die Erhöhung der Dicke dünner Wände die Bearbeitungszeit verkürzen. Bei Metallteilen sollten die Wände dicker als 0,8 mm sein, bei Kunststoffteilen sollte die Mindestdicke über 1,5 mm liegen.

Materialökonomie im CNC-Betrieb

Auch die Wahl des Materials spielt eine Rolle. Sofern keine Design- oder Strukturanforderungen dazwischen liegen, müssen Sie auf günstigere und leicht bearbeitbare Materialalternativen umsteigen. Wenn wir von günstigeren Materialien sprechen, ist Aluminium 6061 derzeit die günstigste Option für die Herstellung von Prototypen. Darüber hinaus ist es auch einfach zu bearbeiten.

Messing und Stahl sind im Vergleich zu Aluminium einfacher zu bearbeiten, aber teuer. Daher sind sie ideal für die Massenproduktion geeignet. Der Grund für diese Präferenz sind Skaleneffekte. Trotz der höheren Materialkosten können die mit diesen Materialien verbundenen kürzeren Bearbeitungszeiten die anfänglichen Kosten ausgleichen, insbesondere bei Großserienproduktionen.

Kunststoffe (ABS, Nylon, Delrin) sind ebenfalls in der gleichen Preisklasse wie Aluminium erhältlich, sind jedoch schwierig zu bearbeiten. Daher sollten sie für den Massenproduktionsbedarf vermieden werden. Kurz gesagt: Wählen Sie für einmalige Anforderungen günstigere Materialien, während Sie für die Massenproduktion einfach zu bearbeitende (weiche) Materialien wählen.

Der Masseneinkauf von Materialien kann auch dazu beitragen, die Gesamtkosten der CNC-Bearbeitung zu senken. Wenn Sie mehrere Tonnen des Materials kaufen, sparen Sie wahrscheinlich finanziell viel.

Präzise Toleranzanalyse für das Kostenmanagement

Wenn bei gängigen CNC-Bearbeitungspraktiken in der technischen Zeichnung keine bestimmte Toleranz definiert ist, werden die Teile mit der Standardtoleranz von etwa ± 0,125 mm oder besser bearbeitet. Diese Präzision reicht für die meisten unkritischen Merkmale aus und trägt dazu bei, die Produktionskosten niedriger zu halten.

Enge Toleranzen sind zwar für bestimmte kritische Merkmale erforderlich, erhöhen jedoch die Bearbeitungskosten erheblich. Die für diese Toleranzen erforderliche Präzision erfordert mehr Zeit, Geschick und eine anspruchsvollere Ausrüstung, was alles zu höheren Produktionskosten führt.

Um die Kosteneffizienz von Bearbeitungsvorgängen zu optimieren, legen Sie engere Toleranzen nur für Merkmale fest, die diese tatsächlich erfordern. Beispielsweise sollten Merkmale, die für die Funktion oder Passung des Teils nicht entscheidend sind, keinen engen Toleranzen unterliegen.

Optimierung des Endbearbeitungsprozesses: Qualität und Kosten in Einklang bringen

Endbearbeitungen summieren sich und erhöhen die Kosten für die CNC-Bearbeitung. Eine Möglichkeit, dies zu reduzieren, ist die richtige Auswahl der Materialien. Einige Materialien wie Aluminium lassen sich beispielsweise gut bearbeiten und erfordern weniger Oberflächenpolitur. Wenn Ihre Designanforderungen dies zulassen, kann die Umstellung auf diese Systeme äußerst kosteneffektiv sein, insbesondere wenn es sich um eine Massenproduktion handelt.

In Fällen, in denen As-Machined-Oberflächen ausreichen, verwenden Sie diese. Die bearbeiteten Oberflächen sind oft von hoher Qualität und können die Anforderungen vieler Anwendungen erfüllen, ohne dass eine weitere Behandlung erforderlich ist.

Es gibt jedoch Fälle, in denen auf die Nachbearbeitung nicht verzichtet werden kann. Zu diesen Behandlungen gehören chemischer Film, Glasperlenstrahlen, Elektropolieren und Eloxieren.

Abschluss

Die Kosten für die CNC-Bearbeitung können aufgrund mehrerer Faktoren hoch sein. Komplizierte Designanforderungen, Präzisionstoleranzen und die Art des verwendeten Materials tragen zu den Gesamtkosten bei. Mit ein paar einfachen Strategien können Sie diese Kosten jedoch weitgehend kontrollieren.

Beispielsweise könnte die Umstellung auf Massenproduktion hilfreich sein. Ebenso kann die Eliminierung unnötiger Designelemente wie scharfer Kanten, tiefer Taschen und nicht standardmäßiger Löcher den Bearbeitungsprozess einfach und kostengünstig machen. Schließlich kann auch die richtige Materialauswahl hilfreich sein. Verwenden Sie Materialien, die kostengünstiger und einfacher zu bearbeiten sind.