Was ist Stangenmaterial in der CNC-Bearbeitung?

In der Fertigungsindustrie wird Rohmaterial in verschiedenen standardisierten Geometrien geliefert. Die Geometrie kann beispielsweise Stange, Stab oder Platte sein. Die Form des Rohmaterials richtet sich nach der Art der Bearbeitung. So werden für zylindrische Bauteile Rundstangen und für flache Bauteile Bleche oder Platten verwendet. Dieser Artikel behandelt Stangenmaterial im Hinblick auf seine Rolle bei der CNC-Bearbeitung.

Was ist Stangenmaterial?

Ein Stab ist ein langes, massives Produkt mit konstantem Querschnitt. Seine Länge ist deutlich größer als seine Breite. Stäbe können rund, sechseckig, flach oder quadratisch sein. Der Querschnitt bleibt über die gesamte Länge gleich. Stangenmaterial bezeichnet die Form des Materials, wenn es als Rohmaterial für die Fertigung und CNC-Bearbeitung geliefert wird.

Wozu wird Stangenmaterial verwendet?

Diese Stangen werden nach dem Schneiden, Bearbeiten und Formen zu Endprodukten verarbeitet. Beispielsweise werden aus einer Rundstange Wellen hergestellt. Im Fertigungsprozess kommen auch andere Verfahren wie Schweißen oder Biegen zum Einsatz.

Woraus besteht Stangenmaterial?

Es kommt ganz auf die jeweilige Anwendung an. Das Stangenmaterial kann aus Titan, Aluminium, Stahl usw. bestehen. Für manche Anwendungen wird sogar Kunststoff als Stangenmaterial verwendet.

Welche verschiedenen Formen gibt es bei Stangenmaterial?

In diesem Abschnitt werden wir die verschiedenen Formen von Stangenmaterial nacheinander besprechen. Diese Formen sind hinsichtlich der erforderlichen Präzision und der Anwendungsbereiche von Bedeutung.

Runder Stab

Die folgende Abbildung zeigt, wie ein Rundstab aussieht:

Die Rundstangen haben unterschiedliche Durchmesser, z. B. 10 mm, 20 mm usw. Zur Herstellung dieser Stangen werden Warmwalzen, Kaltziehen und Schmieden eingesetzt. Die Wahl des Verfahrens hängt von den geforderten Genauigkeiten und Eigenschaften ab. Diese Stangen lassen sich leicht zu Wellen, Bolzen, Stiften usw. weiterverarbeiten.

Sechskantstange

Es handelt sich um Sechskantstangen. Diese Stangen weisen keinen Durchmesser, sondern eine Schlüsselweite (S/F) auf, also den Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Flächen. Sie werden zur Herstellung von Formstücken, Ventilen, Distanzstücken und Abstandshaltern verwendet.

Vierkant

Diese Stangenart hat vier gleich lange Seiten und einen quadratischen Querschnitt. Sie wird anhand der Seitenlänge gemessen, beispielsweise 10 mm x 10 mm. Solche Stangen werden häufig zur Herstellung von Maschinenteilen, Konstruktionsstützen sowie für Schmiede- und Fertigungsarbeiten verwendet. Zur Veranschaulichung siehe folgendes Bild:

Flache Bar

Es wird auch als Rechteckstab bezeichnet, da es einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Es ist breit und dünn. Es wird bevorzugt, wenn die Oberfläche wichtiger ist als die Festigkeit. Typische Anwendungsgebiete sind Halterungen, Rahmen, Blattfedern usw.

Wie wird Stangenmaterial hergestellt?

Stangenmaterial wird durch verschiedene primäre Fertigungsprozesse hergestellt, und jeder Prozess führt zu unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften, Oberflächenbeschaffenheit und Maßgenauigkeit.

Warmwalzen

Zum Warmwalzen werden Knüppel oder Brammen verwendet. Diese werden zunächst über ihre Rekristallisationstemperatur erhitzt, z. B. 900–1200 °C für Stahl. Anschließend durchlaufen sie mehrere Walzwerke. Die dabei entstehenden Druckkräfte verringern den Querschnitt und formen das Material zu Stäben. Dank der hohen Temperatur erfolgt dieser Vorgang rissfrei. Allerdings führt er zu einer geringeren Maßgenauigkeit und einer rauen Oberfläche.

Kaltes Zeichnen

Nach dem Warmwalzen wird das Kaltziehen als Endbearbeitungsverfahren angewendet. Der Stab wird bei Raumtemperatur durch eine Ziehmatrize gezogen, wodurch sein Durchmesser reduziert und seine Eigenschaften verbessert werden. Durch Kaltverfestigung erhöhen sich Festigkeit und Härte, während die Duktilität leicht abnimmt.

Extrusion

Bei diesem Verfahren werden mithilfe von Druck und einer Matrize komplexe Stangenformen, wie beispielsweise Sechskant- oder Sonderprofile, hergestellt. Die Rohlinge werden unter hoher Temperatur mit Druck durch die Matrizen gepresst. Dieses Verfahren ist gängig für niedrigschmelzende Metalle wie Aluminium. Zu den Ergebnissen zählen eine ausgezeichnete Oberflächengüte und hohe Maßgenauigkeit.

Schmieden

Das Warmschmieden wird häufig zur Herstellung von Stäben eingesetzt, wodurch das Gefüge verfeinert und Festigkeit und Zähigkeit erhöht werden. Die glühenden Rohlinge werden unter eine Presse oder einen Hammer gelegt und durch Druckkräfte zu Stäben geformt.

Wie beeinflussen Formen von Stangenmaterial die CNC-Bearbeitung?

Die Form der Stangen beeinflusst die Auswahl des CNC-Verfahrens. Lassen Sie uns herausfinden, inwiefern die Form einer Stange für die CNC-Bearbeitung von Bedeutung ist:

CNC-Bearbeitungsauswahl

Die Form eines Stabes ist entscheidend für Genauigkeit, Präzision, einfache Bearbeitung und Wirtschaftlichkeit des Bearbeitungsprozesses. Da die Möglichkeiten der einzelnen CNC-Bearbeitungszentren variieren, ist die richtige Formwahl von großer Bedeutung.

CNC-Drehen von Rundstangen

In der Fertigungsindustrie gelten Rundstangen als die beste Wahl für CNC-Drehbearbeitungen, weil:

• Die Geometrie ist bereits rotationssymmetrisch.
• Für die Herstellung von Produkten wie Wellen usw. muss weniger Material abgetragen werden.
• Im Betrieb dreht es sich gleichmäßig, sodass keine Unwucht entsteht.

Diese Vorteile von Rundstangen bei CNC-Drehbearbeitungen führen zu einer ausgezeichneten Oberflächengüte, geringerem Werkzeugverschleiß und niedrigeren Bearbeitungskosten.

CNC-gefräster Vierkantstab

Die Zerspanungsmechaniker bevorzugen Vierkantstangen für CNC-Fräsarbeiten aufgrund der erforderlichen ebenen Oberfläche. Außerdem werden Vierkantstangen zur Herstellung von Teilen wie Keilen, Halterungen und Blöcken verwendet. Sie lassen sich leicht in einen Schraubstock einspannen. Dank der ebenen Oberfläche ist weniger Nachbearbeitung erforderlich. Ein weiterer großer Vorteil ist die bessere Maßgenauigkeit der Flächen.

CNC-Fräsen und Drehen von Sechskantstangen

Sechskantstangen sind aufgrund ihrer Bearbeitungseffizienz, der einfachen Werkstückspannung und ihrer Funktionalität die erste Wahl für CNC-Fräs- und Drehbearbeitungen. Bei CNC-Drehbearbeitungen werden Sechskantstangen zur Herstellung folgender Produkte verwendet:

• Mutter
• Schraubenköpfe
• Armaturen

Bei CNC-Fräsvorgängen bieten Sechskantstangen die Vorteile bereits vorhandener ebener Oberflächen, einfacher Klemmung und Indexierung.

CNC-Fräsen von Flachstangen

CNC-Fräsmaschinen eignen sich am besten für ebene Flächen, Kanten und Profile. Flachstangen haben eine nahezu endkonturnahe Form, sodass weniger Material abgetragen werden muss. Sie sind ideal für Fräsvorgänge wie Planfräsen, Nutenfräsen, Taschenfräsen und Profilfräsen.

Stangenmaterial: CNC-bearbeitete Teile

Dieser Abschnitt hebt Teile verschiedener Designs hervor, die durch die unterschiedlichen Formen der Stäbe erzeugt werden.

Zylindrische Teile

Durch Rundstangenbearbeitung und CNC-Drehverfahren werden einige dieser zylindrischen Teile hergestellt:

• Wellen und Achsen (Getriebewellen, Motorwellen und Pumpenwellen)

Diese Teile werden in der Automobilindustrie, im Maschinenbau und in Kraftwerken eingesetzt.

• Buchsen und Hülsen

Gleitlagerbuchsen und Distanzhülsen sind gängige Beispiele für diese Bauteile. Sie finden Verwendung in Schwermaschinen, der Textilindustrie und im Baumaschinenbau.

Teile mit flachen Oberflächen

Zur Herstellung von Bauteilen mit flacher Oberfläche, wie Werkzeughalterblöcken, Spannvorrichtungen, Keil- und Nutkomponenten sowie Hydraulikverteilern, werden Vierkantstangen mittels CNC-Fräsen bearbeitet. Diese Bauteile finden Anwendung in verschiedenen Branchen, darunter CNC-Bearbeitungsbetriebe, die Automobilindustrie und die Antriebstechnik.

Sechseckige Merkmale Teile

Zu den sechseckigen Bauteilen gehören:

• Sechskantmuttern und Sechskantmuttern,
• Hydraulik- und Pneumatikarmaturen
• Ventilkörper

Die Bauindustrie, die Öl- und Gasindustrie sowie Chemieanlagen verwenden diese Bauteile mit sechseckigen Strukturen. Zur Herstellung dieser Bauteile werden Sechskantstangen verwendet.

Halterungsteile aus Flachstangen

Flache Halterungen werden zur Herstellung von CNC-gefrästen Teilen verwendet:

• L-Winkel (Winkelverbinder), die im Bauwesen und bei Möbeln verwendet werden.
• U-Bügel, verwendet in der Öl- und Gasindustrie sowie im Sanitärbereich
• Montagehalterungen, die in Automobil- und Elektrosystemen verwendet werden

Die Flachstangen werden verwendet, weil sie bereits breite und ebene Oberflächen aufweisen, sodass nur noch Biegen und CNC-Bearbeitung erforderlich sind, um die endgültige Form zu erreichen.

Einschränkungen von Stangenmaterial in der CNC-Bearbeitung

Stangenmaterial bietet aufgrund seiner Geometrie mehrere Vorteile bei der Zerspanung; es weist jedoch je nach Teilekonstruktion auch gewisse Einschränkungen auf. Zu diesen Nachteilen gehören:

Hoher Materialabfall

Hoher Materialverlust entsteht durch Formabweichungen zwischen Rohmaterial und Endprodukt. Beispielsweise ist bei einem rechteckigen Bauteil mit komplexer Geometrie, das durch Gießen oder Schmieden hergestellt wird, der Materialverlust hoch, wenn die Rohmaterialien rund sind. Bei rechteckigen Bauteilen wird nicht der gesamte Querschnitt genutzt, wodurch viel Material verloren geht. Hinzu kommt der Materialverlust bei subtraktiven Fertigungsverfahren, die mit CNC-Maschinen durchgeführt werden, wie Bohren, Fräsen usw.

Formbeschränkungen

Die Geometrie der Stäbe schränkt die Materialauswahl ein. Rundstäbe sind beispielsweise aufgrund ihres gleichmäßigen Querschnitts über die gesamte Länge die beste Wahl und werden unter anderem für die Herstellung von Wellen verwendet . Moderne Bauteile weisen jedoch aufgrund komplexer Geometrien Querschnittsvariationen auf. Daher sind Rundstäbe nicht die optimale Lösung, wenn die gewünschte Bauteilgeometrie mit Stangenmaterial nicht realisierbar ist.

Stangenmaterial vs. andere Materialformen

Dieser Abschnitt bietet Einblicke in die Unterschiede zwischen Stangenmaterial und anderen Formteilen.

Hantelstange vs. Gewichtsscheibe

Stangenmaterial ist ein langes Metallstück mit gleichmäßigem Querschnitt, während ein Metallstück mit großer Oberfläche und Dicke als Platte bezeichnet wird. Weitere Unterschiede sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Stange vs. Rohr

Ein Rohr ist ein Metallstück mit hohler, zylindrischer Form und gleichmäßiger Wandstärke. Weitere Unterschiede sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Stangenmaterial vs. Draht

Ein Draht ist ein dünnes Metallprodukt mit sehr kleinem Durchmesser. Weitere Unterschiede sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Wie man das richtige Stangenmaterial für die CNC-Bearbeitung auswählt

Eine ungeeignete Auswahl von Stangenformen kann zu erheblichem Materialverlust führen, was unwirtschaftlich ist. Um diesen Materialverlust bei der CNC-Bearbeitung auszugleichen oder zu vermeiden, beachten Sie folgende Tipps:

Teilegeometrie definieren

Da die Geometrie des Stabes direkt mit der endgültigen Produktform zusammenhängt, muss die Geometrie des ersten Teils berücksichtigt werden. Sind die Produkte beispielsweise zylindrisch, wie Wellen, oder benötigen sie einen gleichmäßigen Querschnitt über die gesamte Länge, sollten Rundstäbe vorrätig gehalten werden. Für rechteckige Bauteile eignen sich Flachstäbe usw.

Wählen Sie die richtigen Balkenformen aus.

Die Form des Rohlings sollte anhand der Form des Endprodukts gewählt werden. Beispielsweise sollte der Rohling für die Herstellung von Keilnuten quadratisch oder flach sein. Für die Herstellung von Sechskantmuttern sollte der Rohling sechseckig sein.

Wählen Sie das richtige Material

Um das richtige Material auszuwählen, muss der Anwendungsbereich des Produkts bekannt sein. Steht beispielsweise Härte im Vordergrund, so eignen sich hochkohlenstoffhaltiger Stahl, Nickellegierungen usw. als Werkstoffe für die Stäbe. Bei hohen Anforderungen an das Verhältnis von Gewicht zu Festigkeit sind Aluminium und Titan die idealen Werkstoffe für Stangenmaterial.

Wählen Sie die richtige Größe

Um hohe Materialverluste zu vermeiden, sollte die Größe der Stäbe sorgfältig geprüft werden. Beträgt der erforderliche Wellendurchmesser beispielsweise 25 mm, so wählt man einen Stab mit 27–28 mm Durchmesser; dadurch werden Materialverluste reduziert und die Maßgenauigkeit erhöht.

Kosten bewerten

Nach sorgfältiger Prüfung der oben genannten Faktoren sollten Sie die Gesamtkosten ermitteln. Berücksichtigen Sie dabei den Rohmaterialpreis, die Bearbeitungszeit, den Ausschuss, die Werkzeugkosten und die betriebliche Effizienz.

Vorteile der Verwendung von Stangenmaterial beim Prototyping

In der Fertigungsindustrie wird vor Beginn der eigentlichen Produktion eines neuen Produkts zunächst ein Prototyp hergestellt. Lassen Sie uns herausfinden, welchen Vorteil die Verwendung von Stangenmaterial in diesem Schritt bietet:

Sofortige Bearbeitbarkeit

Bei zylindrischen Produkten wie Wellen lässt sich aus einem Stab sehr einfach ein Prototyp herstellen, da dieser bereits nahezu die endgültige Form aufweist. Dadurch ist eine sofortige Bearbeitbarkeit möglich, was Zeit und Energie bei der Prototypenfertigung spart.

Keine Spezialwerkzeuge erforderlich

Standardisierte Stangengeometrien machen kundenspezifische Vorformlinge oder Werkzeuge überflüssig, sodass die Teile direkt mit Allzweck-Schneidwerkzeugen bearbeitet werden können.

Vorhersagbare Dimensionen

Da die Abmessungen der Stäbe innerhalb der gesamten Struktur konstant bleiben, sind sie vorhersagbar. Dies trägt zu kürzeren Bearbeitungszeiten, höherer Genauigkeit und Präzision bei.

Fazit

Bei hochpräzisen Produkten spielt Stangenmaterial eine entscheidende Rolle, da es über die gesamte Struktur hinweg gleichbleibende Abmessungen aufweist. Stangenmaterial kann beispielsweise quadratisch, rechteckig oder rund sein. Da Stangen bereits standardisierte Formen besitzen, ist weniger Nachbearbeitung erforderlich. Weicht die Form des Endprodukts jedoch ab, ist der Materialverlust beim Stangenmaterial hoch. Stangenmaterial wird auch für die Prototypenfertigung verwendet, da keine Sonderwerkzeuge benötigt werden und die Abmessungen vorhersehbar sind. Tuofa verarbeitet Stangenmaterialien zu verschiedenen Formen wie Zylinder, Kegel, Scheibe, Hülse und versieht sie mit Merkmalen wie Gewinden.

FAQ

Wie biegt man Flachstahl?

Flachstangen können durch manuelles Biegen, Abkanten, Walzenbiegen oder mithilfe von hydraulischen Biegemaschinen gebogen werden.

Was ist Rundstangenmaterial aus Aluminium 6061?

Es handelt sich um einen Bestand an Rundstangen aus Aluminium 6061. Aluminium 6061 ist eine hochfeste Aluminiumlegierung.

Wie hoch sind die Kosten für Stangenmaterial?

Die Kosten für Stangenmaterial variieren je nach Form und Material. Bei Stangenmaterial aus Baustahl betragen die Kosten 1 US-Dollar pro Kilogramm.