Wie Kunststoffhalbzeuge in Präzisionsbauteile verwandelt werden

Aus Platten, Rundstäben oder anderen Kunststoffhalbzeugen entstehen durch präzise Bearbeitung individuelle Bauteile für anspruchsvolle industrielle Anwendungen. Dabei reicht es nicht aus, lediglich die gewünschte Kontur aus dem Material zu fräsen oder zu drehen. Werkstoffauswahl, Halbzeugqualität, Bauteilgeometrie, Spanntechnik, Bearbeitungsparameter und Toleranzen müssen aufeinander abgestimmt werden.

Gerade bei technischen Kunststoffen und Hochleistungskunststoffen beeinflussen Materialeigenschaften wie Wärmeausdehnung, Steifigkeit, Feuchtigkeitsaufnahme oder Zähigkeit unmittelbar die Bearbeitung und die spätere Maßhaltigkeit.

Wie wird also aus einem Kunststoffhalbzeug ein präzises, funktionsgerechtes Bauteil?

1. Die Anforderungen an das Bauteil bestimmen

Am Anfang steht nicht die Maschine, sondern die spätere Anwendung des Bauteils.

Vor der Fertigung sollten unter anderem folgende Anforderungen bekannt sein:

• mechanische Belastung
• Einsatztemperatur
• Kontakt mit Chemikalien oder anderen Medien
• erforderliche Maßhaltigkeit und Toleranzen
• Reibung und Verschleiß
• elektrische Anforderungen
• gewünschte Oberflächenqualität
• Abmessungen und Geometrie
• benötigte Stückzahl

Diese Angaben bilden die Grundlage für die Auswahl eines geeigneten Werkstoffs und des passenden Bearbeitungsverfahrens.

Insbesondere bei eng tolerierten Bauteilen sollte bereits bei der Konstruktion berücksichtigt werden, dass sich Kunststoffe anders verhalten als metallische Werkstoffe.

2. Den passenden Kunststoff auswählen

Die Werkstoffwahl hat direkten Einfluss auf Funktion, Lebensdauer und Bearbeitbarkeit des späteren Präzisionsbauteils.

Für technische Bauteile stehen zahlreiche Kunststoffwerkstoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften zur Verfügung.

Typische Beispiele sind:

• POM für formstabile und präzise mechanische Bauteile
• PEEK für anspruchsvolle Anwendungen mit hohen thermischen und chemischen Belastungen
• PTFE für Anwendungen, bei denen beispielsweise chemische Beständigkeit und Gleiteigenschaften gefragt sind
• PVDF für chemisch beanspruchte Bauteile und Anwendungen mit hohen Anforderungen an die Reinheit

Welcher Kunststoff geeignet ist, hängt deshalb immer von den konkreten Betriebsbedingungen ab.

Auch die spätere Bearbeitung muss bereits bei der Materialauswahl berücksichtigt werden. Ein sehr dimensionsstabiler Kunststoff stellt andere Anforderungen an die Fertigung als ein weicher oder stark elastischer Werkstoff.

3. Das geeignete Kunststoffhalbzeug festlegen

Ist der Werkstoff bestimmt, wird die passende Halbzeugform ausgewählt.

Je nach Bauteilgeometrie kommen beispielsweise infrage:

• Kunststoffplatten
• Rundstäbe
• Rohre
• Profile
• kundenspezifische Halbzeuge

Die Wahl eines möglichst geeigneten Ausgangsformats kann den Materialeinsatz und den Bearbeitungsaufwand reduzieren.

Für ein rotationssymmetrisches Bauteil bietet sich beispielsweise häufig ein Rundstab als Ausgangsmaterial an. Flache oder komplex konturierte Bauteile lassen sich dagegen häufig wirtschaftlich aus Platten herstellen.

Neben den Abmessungen spielt auch die Qualität des Halbzeugs eine wichtige Rolle. Materialzustand, innere Spannungen und Herstellungsverfahren können das Verhalten während der späteren Bearbeitung beeinflussen.

4. Das Halbzeug auf das Rohmaß vorbereiten

Vor der eigentlichen Präzisionsbearbeitung wird das Halbzeug auf ein geeignetes Rohmaß gebracht.

Dabei bleibt ausreichend Material für die anschließende Bearbeitung vorhanden. Wie groß dieses Bearbeitungsaufmaß sein muss, hängt unter anderem von Werkstoff, Bauteilgeometrie und geforderter Genauigkeit ab.

Bereits in dieser Phase sollte darauf geachtet werden, das Material möglichst spannungsarm und werkstoffgerecht zu bearbeiten.

Anschließend kann das vorbereitete Halbzeug für die eigentliche Kunststoffbearbeitung eingerichtet werden.

5. Präzisionsbearbeitung durch CNC-Fräsen oder CNC-Drehen

Für die Herstellung komplexer Präzisionsbauteile kommen häufig CNC-gesteuerte Bearbeitungsverfahren zum Einsatz.

CNC-Fräsen für komplexe Geometrien

Beim CNC-Fräsen von Kunststoff können unter anderem Konturen, Taschen, Nuten, Bohrungen und komplexe dreidimensionale Geometrien hergestellt werden.

Das Verfahren eignet sich besonders für Bauteile wie:

• Führungselemente
• Halterungen
• Gehäuse
• Plattenbauteile
• Maschinenelemente
• komplexe technische Formteile

Werkzeuggeometrie, Schnittgeschwindigkeit, Vorschub und Spanntechnik müssen dabei auf den jeweiligen Kunststoff abgestimmt werden.

CNC-Drehen für rotationssymmetrische Bauteile

Für rotationssymmetrische Komponenten bietet sich das CNC-Drehen von Kunststoff an.

Typische Drehteile sind beispielsweise:

• Buchsen
• Rollen
• Ringe
• Hülsen
• Distanzelemente
• technische Funktionsteile

Auch beim Drehen beeinflussen die Materialeigenschaften die Wahl der Werkzeuge und Bearbeitungsparameter.

Warum Kunststoffbearbeitung besondere Erfahrung erfordert

Kunststoff lässt sich nicht einfach mit denselben Einstellungen bearbeiten wie Metall.

Mehrere typische Materialeigenschaften müssen berücksichtigt werden.

Wärmeentwicklung

Kunststoffe besitzen andere thermische Eigenschaften als metallische Werkstoffe. Entsteht während der Zerspanung zu viel Wärme, kann dies die Oberfläche, die Geometrie oder die Maßhaltigkeit beeinflussen.

Deshalb müssen Schnittgeschwindigkeit, Vorschub, Werkzeug und Spanabfuhr auf den jeweiligen Werkstoff abgestimmt werden.

Geringere Steifigkeit

Viele Kunststoffe sind deutlich weniger steif als Metall. Bei ungünstiger Spannung oder hohen Bearbeitungskräften kann sich das Werkstück während der Bearbeitung verformen.

Eine werkstoffgerechte Spanntechnik ist deshalb besonders wichtig.

Materialspannungen

Halbzeuge können herstellungsbedingt innere Spannungen aufweisen. Wird während der Bearbeitung ein größerer Materialanteil entfernt, können diese Spannungen freigesetzt werden und zu Verzug führen.

Bei besonders anspruchsvollen Bauteilen können deshalb mehrere aufeinander abgestimmte Bearbeitungsschritte sinnvoll sein.

Unterschiedliche Werkstoffeigenschaften

POM, PA, PEEK, PTFE oder PVDF reagieren bei der Zerspanung nicht identisch. Werkzeugwahl und Prozessparameter müssen deshalb immer auf den konkreten Kunststoff abgestimmt werden.

Vom Schruppen zur präzisen Endbearbeitung

Bei komplexen Präzisionsbauteilen kann die Bearbeitung in mehreren Schritten erfolgen.

Zunächst wird beim Schruppen ein größerer Teil des überschüssigen Materials entfernt. Anschließend erfolgt die genauere Endbearbeitung der funktionsrelevanten Flächen und Maße.

Diese Vorgehensweise ermöglicht eine bessere Kontrolle über:

• Bauteilgeometrie
• Maßhaltigkeit
• Oberflächenqualität
• Bearbeitungskräfte
• mögliche Verformungen

Welche Prozessfolge sinnvoll ist, hängt von Werkstoff, Geometrie und Toleranzanforderungen ab.

Entgraten und Nachbearbeiten

Nach dem Fräsen, Drehen oder Bohren kann eine Nachbearbeitung erforderlich sein.

Dazu gehört insbesondere das Entfernen von Graten an Kanten, Bohrungen oder Gewinden.

Je nach Bauteil und Anwendung können außerdem weitere Bearbeitungsschritte notwendig sein, um die gewünschte Oberfläche oder Funktion herzustellen.

Ziel ist ein Bauteil, das nicht nur die vorgegebenen Abmessungen erfüllt, sondern unmittelbar für den vorgesehenen Einsatz weiterverarbeitet oder montiert werden kann.

Qualitätsprüfung präziser Kunststoffbauteile

Nach der Bearbeitung werden die relevanten Merkmale des Bauteils entsprechend den technischen Anforderungen geprüft.

Dazu können beispielsweise gehören:

• Außen- und Innenmaße
• Bohrungsdurchmesser
• Abstände
• Ebenheit
• Parallelität
• geometrische Merkmale
• Oberflächen
• funktionsrelevante Toleranzen

Welche Prüfverfahren erforderlich sind, richtet sich nach der Zeichnung, der Bauteilgeometrie und dem späteren Einsatzzweck.

Gerade bei wiederkehrenden Serien ist eine reproduzierbare Prozessführung wichtig, damit die geforderten Eigenschaften über mehrere Fertigungsläufe hinweg eingehalten werden können.

Welche Kunststoffe eignen sich für Präzisionsbauteile?

Eine pauschale Antwort gibt es nicht. Unterschiedliche Werkstoffe bieten unterschiedliche Vorteile.

Kunststoff	Typische Eigenschaften	Beispiele für Anwendungen
POM	hohe Steifigkeit, gute Dimensionsstabilität, gute Bearbeitbarkeit	Zahnräder, Führungen, technische Funktionsteile
PA	gute mechanische Eigenschaften und Verschleißfestigkeit	Rollen, Führungen, Lagerkomponenten
PEEK	hohe thermische und chemische Beständigkeit	anspruchsvolle technische Komponenten
PTFE	sehr gute Gleiteigenschaften und hohe chemische Beständigkeit	Dichtungs- und Gleitelemente
PVDF	gute chemische Beständigkeit	Anlagen- und Verfahrenstechnik

Für Anwendungen mit besonders hohen thermischen, mechanischen oder chemischen Anforderungen lohnt sich außerdem ein Blick auf Hochleistungskunststoffe.

Typische Präzisionsbauteile aus Kunststoff

Zerspante Kunststoffteile werden in zahlreichen Industriezweigen eingesetzt.

Typische Bauteile sind beispielsweise:

• Lagerbuchsen
• Führungen
• Rollen
• Zahnräder
• Isolierteile
• Distanzstücke
• Dichtungsbauteile
• Gehäusekomponenten
• Halterungen
• kundenspezifische Funktionsteile

Durch die große Auswahl technischer Kunststoffe können mechanische, elektrische, thermische und chemische Anforderungen gezielt berücksichtigt werden.

Von der technischen Zeichnung zum fertigen Kunststoffbauteil

Je genauer die Anforderungen an ein Bauteil beschrieben sind, desto zielgerichteter lassen sich Werkstoff und Fertigungsprozess auswählen.

Für eine technische Bewertung sind insbesondere folgende Angaben hilfreich:

• technische Zeichnung oder Bauteilgeometrie
• gewünschter Werkstoff oder Anforderungen an den Werkstoff
• Abmessungen
• funktionsrelevante Toleranzen
• Einsatztemperatur
• mechanische Belastungen
• Medien- oder Chemikalienkontakt
• benötigte Stückzahl
• besondere Anforderungen an Oberfläche oder Dokumentation

Auf dieser Grundlage lässt sich prüfen, welches Halbzeug und welches Bearbeitungsverfahren für das jeweilige Präzisionsbauteil geeignet sind.

Kunststoffhalbzeug und Bearbeitung aufeinander abstimmen

Ein präzises Kunststoffbauteil entsteht durch das Zusammenspiel aus geeignetem Werkstoff, hochwertigem Halbzeug, durchdachter Konstruktion und werkstoffgerechter Bearbeitung.

Bereits die Wahl des Ausgangsmaterials beeinflusst den späteren Fertigungsprozess. Gleichzeitig müssen CNC-Fräsen, CNC-Drehen, Spanntechnik und Bearbeitungsparameter an den jeweiligen Kunststoff angepasst werden.

Martan Plastics unterstützt Sie von der Auswahl geeigneter Kunststoffhalbzeuge bis zur präzisen Kunststoffbearbeitung.

Sie benötigen ein Kunststoffbauteil nach Zeichnung oder möchten prüfen, welcher Werkstoff für Ihre Anwendung geeignet ist? Senden Sie uns Ihre technischen Anforderungen und Bauteildaten für eine individuelle Prüfung.