Vom CAD zur Werkstatt: einfache Teile, die die Bearbeitung komplizieren

In Produktkonstruktion gibt es einen häufigen Fehler: Die Annahme, ein Teil sei nur deshalb günstig herzustellen, weil es visuell einfach aussieht. Ohne komplexe Rippen, ohne organische Formen, ohne Mechanismen… und dennoch explodiert der Preis, wenn das Angebot ankommt. 

Warum passiert das? Weil in industrieller Fertigung die Komplexität nicht immer sichtbar ist. Oft ist sie in geometrischen Details versteckt, die dazu zwingen, Prozesse, Werkzeuge oder Strategien der Bearbeitung zu ändern. 

In diesem Artikel gehen wir die Geometrien durch, die eine Teilherstellung meist am teuersten machen, ohne dass der Konstrukteur es bemerkt.  

Zu dünne Wände bei der CNC-Bearbeitung

Eine dünne Wand kann im CAD ein kleines Detail erscheinen, stellt aber in der Fertigung ein rotes Warnsignal dar. Auf dem Bildschirm passt alles, aber an der Maschine ändert sich die Geschichte. 

• Bei CNC-Bearbeitung zwingen dünne Wände zu reduzierten Vorschüben und Steigtiefen, um Vibrationen zu vermeiden. 
• Das Risiko einer Verformung während des CNC-Bearbeitungsprozesses sowie beim Lösen des Teils aus der Aufspannung steigt. 
• In vielen Fällen sind spezielle Vorrichtungen oder spezielle Strategien erforderlich, um Ausschuss zu vermeiden. 

Zudem erhöht eine zu dünne Wand die Prozessvariabilität, was zu mehr Kontrollen und mehr aussortierten Teilen führt. Das Ergebnis ist mehr Maschinenlaufzeit, höheres Risiko und somit ein höherer Kosten. 

Tiefe und kleine Durchmesser in bearbeiteten Teilen

Tiefe und enge Bohrungen sind einer der großen Feinde der Kosten, auch wenn sie visuell nicht auffallen. 

• Sie erfordern lange und dünne Werkzeuge, die viel brüchiger sind. 
• Sie reduzieren die Prozessstabilität und erhöhen die Wahrscheinlichkeit eines Werkzeugbruchs. 
• Sie zwingen dazu, langsamer zu bearbeiten und mit höherer Aufsicht. 

Jeder Werkzeugbruch bedeutet Maschinenstillstand, Werkzeugwechsel und im schlimmsten Fall die Wiederholung des Teils. Als Faustregel beginnt die Kostensteigerung nichtlinear, sobald die Tiefe das 4- bis 5-fache des Durchmessers übersteigt. 

Kleine innere Radien und Fertigungsprobleme

Sehr kleine innere Radien oder praktisch rechtwinklige Übergänge sind im CAD leicht zu zeichnen, aber schwierig und teuer in der Fertigung. 

• Sie zwingen zur Verwendung von Werkzeugen mit reduziertem Durchmesser. 
• Sie erhöhen die Bearbeitungszeit erheblich. 
• Sie erhöhen den Verschleiß und das Risiko eines Werkzeugbruchs. 

In vielen Fällen hat eine Erhöhung des inneren Radius um einige Millimeter keinen Einfluss auf die Funktion des Teils, kann aber die Fertigungszeit und die Kosten erheblich senken. Solange es möglich ist, größere Radien sind günstiger. 

Eng tolerierte Teile und Mehrkosten bei der Fertigung von Teilen und Prototypen

Eine der häufigsten Ursachen für Mehrkosten bei scheinbar einfachen Teilen ist die Definition zu strenger Toleranzen ohne funktionale Begründung. 

• Eng tolerierte Teile erfordern zusätzliche Kontrollen. 
• In vielen Fällen erfordern sie Nachbearbeitungsprozesse wie Schleifen oder manuelle Passungen. 
• Sie erhöhen den Anteil der aussortierten Teile aufgrund kleiner Abweichungen. 

Die entscheidende Frage, die sich immer stellen sollte, ist: Ist diese Toleranz funktional oder nur ästhetisch? Eine Anpassung der Toleranzen nur dort, wo sie Mehrwert bieten, kann die Kosten drastisch senken. 

Unzugängliche Flächen und schlechte Orientierung

Ein Teil kann geometrisch einfach sein und dennoch sehr komplex in der Fertigung, wenn der Werkzeugzugriff nicht bedacht wurde. 

• Schlecht orientierte Oberflächen erfordern mehr Aufspannungen. 
• Jede Neupositionierung bedeutet mehr Vorbereitungszeit. 
• In einigen Fällen ist der Einsatz teurerer Mehrachsenmaschinen erforderlich. 

Das gezielte Design unter Berücksichtigung der tatsächlichen Aufspannung und Bearbeitung des Teils ermöglicht es, den Prozess erheblich zu vereinfachen und die Kosten signifikant zu senken. 

Falsche Symmetrien im Design von bearbeiteten Teilen

Teile, die symmetrisch wirken, es aber nicht sind, verursachen unerwartete Fertigungsprobleme. 

• Sie verhindern die Wiederverwendung von Vorrichtungen oder Bearbeitungsstrategien. 
• Sie erfordern die Neupositionierung des Teils, auch wenn die Änderung minimal ist. 
• Sie brechen die Wiederholbarkeit und Effizienz des Prozesses. 

Manchmal macht ein kleiner Versatz, eine exzentrische Bohrung oder ein asymmetrisches Detail ein günstiges Teil zu einem komplexen und teureren Teil. 

Anspruchsvolle Oberflächenbehandlungen

Ein Oberflächenbehandlung, die optisch sauber oder ästhetisch ist, ist nicht immer trivial oder kostengünstig zu erreichen. 

• Sie erfordern langsamere und kontrolliertere Endvorschübe. 
• In vielen Fällen sind manuelle Polieroperationen erforderlich. 
• Sie erhöhen die gesamte Fertigungs- und Handhabungszeit. 

Die Festlegung anspruchsvoller Oberflächenbehandlungen nur in den sichtbaren oder funktionalen Bereichen ermöglicht es, Ästhetik, Kosten und Machbarkeit auszubalancieren. Es empfiehlt sich, Oberflächenbehandlungen nur dort zu spezifizieren, wo sie echten Mehrwert bieten.