Bei der Überführung von Produkten aus dem Forschungs- und Entwicklungsstadium in die Großserienproduktion ist die Wahl des geeigneten Fertigungsverfahrens einer der Schlüsselfaktoren, die über Erfolg oder Misserfolg eines Projekts entscheiden. Hochwertige Produktionsverfahren bestimmen unmittelbar die Leistung der Komponenten und die langfristige Betriebsstabilität. Hohe Stückzahlen CNC-Bearbeitung hat höhere Produktionsstandards und Montagestabilität in Bezug auf den Produktionsumfang, die Materialanforderungen und die Fähigkeit zur Bearbeitung komplexer Merkmale.
Was ist CNC-Bearbeitung in großen Stückzahlen?
Bei der CNC-Bearbeitung von Großserien handelt es sich um ein subtraktives Fertigungsverfahren, bei dem die Zerspanung von Serienwerkstücken mit Hilfe von numerisch gesteuerten Computeranlagen erfolgt. Dieses Verfahren ist weit verbreitet in der Produktion von Präzisionsbauteilen in mittleren bis hohen Stückzahlen. Der Produktionsprozess umfasst CNC-Fräsen, Drehen, Flachschleifen (Rundschleifen), Gewindeschneiden, Drahtschneiden, Oberflächenbearbeitung und andere Arbeiten.
Im Gegensatz zu werkzeuggebundenen Fertigungsverfahren sind für die CNC-Bearbeitung in der Regel keine teuren Investitionen in Formen erforderlich, was eine größere Flexibilität bei der Iteration des Produktdesigns und der Produktion mehrerer Varianten ermöglicht.
Hauptvorteile der CNC-Bearbeitung von Großserien
Hohe Maßhaltigkeit und stabile Wiederholbarkeit
Solange Bearbeitungswerkzeuge, Schneidköpfe und Maschinenpräzision während der CNC-Serienfertigung ordnungsgemäß gewartet und ausgetauscht werden, können hohe Präzisionsstandards und Konsistenz vom ersten Bauteil bis zum letzten Werkstück aufrechterhalten werden (Genauigkeit Toleranzbereich von 0,005-0,01 mm). Je nach Fräsbedingungen kann der rechtzeitige Austausch von Werkzeugen sicherstellen, dass die Bearbeitungsmerkmale den Präzisionsanforderungen entsprechen und die Fehlerquote erheblich reduziert wird.
Niedrige Investitionskosten für Formen
Formenbau, Bemusterung und Optimierung werden direkt umgangen, was Zeit und Kosten in der Produktion spart.
Hohe Flexibilität bei Designänderungen
Zeichnungsmerkmale und Toleranzanforderungen können umgehend angepasst werden, was die Produktionsschwierigkeiten, die Zeitkosten und die Bearbeitungskosten erheblich reduziert.
Anwendbar auf Metalle und technische Kunststoffe
Hohe Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Materialien. Durch die Auswahl geeigneter beschichteter Schneidwerkzeuge, die Einstellung der richtigen Spindeldrehzahl und Vorschubmethode können Herausforderungen bei der Bearbeitung wie hohe Härte, Sprödigkeit, Gratbildung und Spandruck effektiv bewältigt werden.
Kurzer Produktionsanlaufzyklus
Sobald die Produktionsmenge bestimmt ist, in der Regel Hunderte bis Tausende von Einheiten, und der effizienteste Bearbeitungsablauf bestätigt ist (Integration des CNC-Fräsens), wird die Produktion auf den neuesten Stand gebracht, Drahtschneiden, Schleifen, manuelles Fräsenusw.) kann die Produktion sofort zur organisierten Bearbeitung in die Fertigungslinie eingesetzt werden.
Wenn die Anzahl der Bauteile jedoch Zehntausende in extrem großen Produktionsmengen erreicht, hat die CNC-Bearbeitung im Vergleich zu werkzeugbasierten Verfahren in der Regel einen längeren Bearbeitungszyklus pro Teil.
Alternative Produktionsverfahren für hohe Stückzahlen
Die CNC-Bearbeitung ist zwar sehr vielseitig, aber nur bei bestimmten Produktionsmengen, Spritzgießen und Druckgussverfahren bieten oft wettbewerbsfähigere Lösungen.
Spritzgießen: Mainstream-Lösung für die Kunststoff-Großserienproduktion
Beim Spritzgießen werden Bauteile durch Einspritzen von geschmolzenem Kunststoff in Stahlformen hergestellt. Sobald die Entwicklung der Form abgeschlossen ist, kann das Spritzgießen eine extrem hohe Produktionseffizienz und extrem niedrige Kosten pro Einheit erzielen.
Vorteile des Spritzgießens
- Extrem niedrige Kosten pro Teil (Großserienproduktion)
- Stabile und ästhetisch gleichbleibende Oberflächenqualität
- Äußerst hohe Produktionseffizienz
- Fähigkeit zur Herstellung komplexer Kunststoffstrukturen
Grenzen des Spritzgießens
- Hohe Investitionskosten für die Form
- Materialauswahl hauptsächlich auf Kunststoffe beschränkt
- Hohe Kosten für Konstruktionsänderungen nach Fertigstellung der Form
- Langer Projektentwicklungszyklus in der Anfangsphase
Das Spritzgießen eignet sich hervorragend für die Herstellung von Kunststoffprodukten mit stabilem Design und extrem großen Produktionsmengen.
Druckgießverfahren: Effiziente Lösung für die Metall-Chargenproduktion
Druckguss ist ein Verfahren, bei dem Bauteile durch Einspritzen von geschmolzenem Metall in Stahlformen unter hohem Druck geformt werden. Es wird hauptsächlich bei der Herstellung von Bauteilen aus Aluminium-, Zink- und Magnesiumlegierungen eingesetzt.
Vorteile des Druckgießverfahrens
- Hohe Produktionseffizienz
- Gute dimensionale Konsistenz
- Reduzierter Bedarf an sekundärer Bearbeitung
- Geeignet für die Großserienfertigung von Metall
Grenzen des Druckgießverfahrens
- Höhere Investitionskosten für Formen
- Begrenzte Auswahl an Legierungsmaterialien
- Geringere Konstruktionsflexibilität nach Fertigstellung der Form
- Hochpräzise Bereiche können noch eine sekundäre CNC-Bearbeitung erfordern.
Vergleich der Herstellungskosten
Die Produktionskosten sind in der Regel der wichtigste Faktor bei der Wahl des Herstellungsverfahrens. Nachfolgend werden die in der Industrie üblichen Kostenbereiche aufgeführt.
Vergleich der Werkzeugkosten
| Prozess | Bereich der Werkzeugkosten |
|---|---|
| CNC-Bearbeitung | $0 – $2000 |
| Spritzgießen | $2.000 - $80.000+ |
| Druckgussverfahren | $3.000 - $60.000+ |
Die CNC-Bearbeitung weist die geringsten Anfangsinvestitionen auf, während die auf Formen basierenden Verfahren höhere Anfangsinvestitionen, aber geringere Stückkosten in der Großserienproduktion erfordern.
Vergleich der Produktionskosten pro Teil
CNC-Bearbeitung Einheitspreisbereich
| Material | Preis pro Teil |
|---|---|
| Aluminium-Legierung | $5 - $50 |
| Rostfreier Stahl | $15 - $80 |
| Messing | $8 - $60 |
| Technische Kunststoffe | $2 - $30 |
Die Preise für die CNC-Bearbeitung sind stabil und ermöglichen eine hochflexible Optimierung und Gestaltung.
Spritzgießen Einheitspreisbereich
| Produktionsvolumen | Preis pro Teil |
|---|---|
| 10.000 Stück | $1 - $5 |
| 50.000 Stück | $0,5 - $2 |
| 100.000 Stück oder mehr | $0.1 - $1 |
Je größer die Produktionsmenge ist, desto deutlicher wird der Kostenvorteil des Spritzgießens.
Druckguss Stückpreisspanne
| Material | Preis pro Teil |
|---|---|
| Aluminium-Druckguß | $2 - $12 |
| Zinklegierung Druckguss | $1 - $8 |
| Druckguss aus Magnesiumlegierung | $4 - $15 |
Druckguss ist ein Gleichgewicht zwischen Kosten und Effizienz in der Serienfertigung von Metallen.
Produktionsmenge Break-Even-Analyse
Verschiedene Produktionsmaßstäbe eignen sich für unterschiedliche Fertigungslösungen:
| Produktion Menge | Empfohlener Prozess |
|---|---|
| 1 - 5.000 Stück | CNC-Bearbeitung |
| 5.000 - 50.000 Stück | CNC oder Druckguß |
| 50.000 - 500.000 Stück | Druckgießen oder Spritzgießen |
| 500.000 Stück oder mehr | Spritzgießen |
Wenn die Produktnachfrage unbeständig ist oder die Konstruktion noch optimiert wird, ist die CNC-Bearbeitung in der Regel wirtschaftlicher.
Konstruktionsflexibilität und technische Optimierungsfaktoren
Design for Manufacturability spielt eine entscheidende Rolle für die Effizienz der Massenproduktion.
Die CNC-Bearbeitung ermöglicht eine schnelle Anpassung des Designs bei geringeren Zusatzkosten. Spritzguss- und Druckgussverfahren erfordern jedoch in der Regel eine Neuentwicklung der Form, wenn strukturelle Änderungen erforderlich sind.
Zu den wichtigsten Designstrategien zur Verbesserung der Produktionseffizienz gehören:
- Optimierung der Toleranzgrade: Angemessene Lockerung der Toleranzanforderungen für unkritische Bearbeitungsmerkmale, um Zeit und Kosten zu sparen
- Vielfältige Materialauswahl: Bei der CNC-Serienfertigung können Materialien mit besseren Kostenvorteilen je nach Einsatzumgebung ausgewählt werden. Zum Beispiel können Aluminium und Edelstahl manchmal durch POM-Material ersetzt werden, was die Materialkosten erheblich senkt.
- Vereinfachung der Werkstückstruktur: Strukturelle Anpassungen können an unnötigen Hohlräumen oder gekrümmten Merkmalen vorgenommen werden, um Zeit und Kosten für die mehrachsige Bearbeitung zu reduzieren.
- Modulares Produktdesign: Die Herstellung schwieriger komplexer Strukturen mit mehreren Oberflächen in einzelnen Abschnitten und deren späterer Zusammenbau kann die Produktionseffizienz erheblich verbessern.
Die technische Zusammenarbeit zwischen Herstellern und Zulieferern kann die Produktionseffizienz erheblich verbessern und das Kostenrisiko verringern.
Hybride Fertigungsstrategie
Viele Unternehmen erreichen ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Leistung und Kosten, indem sie mehrere Fertigungsverfahren kombinieren.
Typische Anwendungen sind:
- Druckgussrohlinge + CNC-Präzisionsbearbeitung
- Spritzgegossenes Gehäuse + CNC-gefertigte Metallteile
- Übergang von der Entwicklung von CNC-Prototypen zur Massenproduktion von Formen
Hybride Fertigungslösungen tragen zur Verbesserung der Produktleistung und zur Optimierung der Kostenstruktur bei.
Vergleich der Produktionszyklen und der Liefereffizienz
| Prozess | Entwicklungszyklus von Werkzeugen | Effizienz der Massenproduktion |
|---|---|---|
| CNC-Bearbeitung | 1 - 2 Wochen | Mäßig |
| Spritzgießen | 4 - 10 Wochen | Äußerst schnell |
| Druckgussverfahren | 4 - 8 Wochen | Schnell |
Die CNC-Bearbeitung eignet sich für eine schnelle Markteinführung, während die Formverfahren für eine langfristig stabile Massenproduktion geeignet sind.
Wann sollte man sich für die CNC-Bearbeitung großer Stückzahlen entscheiden?
Die CNC-Bearbeitung von Großserien eignet sich in der Regel für die folgenden Situationen:
Strenge Anforderungen an die Produktpräzision
Die Kunden verlangen eine hohe Maß- und Präzisionskonstanz. Chargenkomponenten, die eine Genauigkeit von 0,02 mm oder mehr erfordern, verlangen eine hohe Montageleistung und Stabilität.
Notwendigkeit eines schnellen Markteintritts
Durch die schnelle Produktion von Hunderten bis Tausenden von Bauteilen können Zeit- und Kostenaufwand für die Optimierung des Formdesigns vermieden werden, ebenso wie der anschließende Leerlauf von Formen. Die hochvolumige CNC-Produktion kann die Herstellung und Verarbeitung von Formen direkt überspringen und ermöglicht eine schnelle und qualitativ hochwertige Serienproduktion von Komponenten, die innerhalb einer Woche auf den Markt kommen.
Zukünftige Entwicklungstrends der Großserienfertigung
Die moderne Fertigung entwickelt sich in Richtung Intelligenz, Automatisierung und Digitalisierung. Die CNC-Bearbeitung wird nach und nach in die Druckguss- und Spritzgussverfahren integriert und bildet ein flexibleres und effizienteres Produktionssystem.
So können zum Beispiel in der Form hergestellte Komponenten einer CNC-Bearbeitung unterzogen werden, um überschüssiges Material zu entfernen, wodurch eine zusätzliche Optimierung der Form bei der Herstellung von Kleinserienkomponenten vermieden wird.
Druckgießverfahren mit Chargengehäuse funktionieren manchmal ähnlich wie das CNC-Schruppfräsen. Nach der Umformung im Batch-Gehäuse-Druckguss können die Komponenten in CNC-Bearbeitungslinien zur weiteren Bearbeitung von Verrundungen, Fasen, Nuten, Vertiefungen, Gewinden und Gewindeschneiden eingesetzt werden, um die Montageleistung und die Standardisierung von Druckgusskomponenten zu verbessern.
Schlussfolgerung
Die CNC-Bearbeitung von kleinen/großen Bauteilen in hohen Stückzahlen bietet Kunden mit hohen Anforderungen an die Maßgenauigkeit Sicherheit. Traditionelle Spritzguss- und Druckgussverfahren können auch als ergänzende Verfahren dienen. Bei Komponenten in größeren Stückzahlen können sie die Herstellungskosten pro Komponente besser senken. Unternehmen sollten Fertigungslösungen auf der Grundlage von Produktionsumfang, Materialbearbeitungsleistung, Kostenstruktur, Zeitaufwand und Designflexibilität umfassend bewerten. Durch Experimente und mehrdimensionale Berechnungen kann der beste kombinierte oder Einzelprozess-Produktionsablauf ermittelt werden.
Wenn Sie hohe Volumen CNC-Bearbeitung Service oder mehr Details erhalten möchten, können Sie sich frei fühlen zu Kontakt mit uns.
