DFM: Wanddicke & Rundungen
Wanddicke bestimmt, ob ein CNC-Bauteil wirtschaftlich herstellbar ist oder ständig Probleme bereitet. Diese Seite behandelt Mindestwanddicken nach Werkstoff, Regeln für Innenradien, Kantengestaltung, Bodenradien in Taschen und häufige Fehler, die zu Verzug, Rissen oder unnötig hohen Kosten führen.
Mindestwanddicke nach Werkstoff
Die folgende Tabelle zeigt das absolute Minimum und die empfohlene Wanddicke für häufige CNC-Werkstoffe. „Minimum“ bedeutet, es ist machbar, aber mit höherem Ausschussrisiko. „Empfohlen“ ist der optimale Bereich für zuverlässige Fertigung bei vertretbaren Kosten.
| Werkstoff | Absolutes Minimum | Empfohlen | Was passiert bei zu dünnen Wänden |
|---|---|---|---|
| Aluminium (6061, 7075) | 0,5 mm | 1,0 mm | Rattern beim Schlichten, Wand wird vom Fräser weggedrückt, Maß außer Toleranz. |
| Stahl (1045, 4140) | 0,8 mm | 1,5 mm | Werkzeugdurchbiegung ist bei 0,5 mm stark. Wände biegen sich nach innen. |
| Edelstahl (304, 316) | 0,9 mm | 1,5 mm | Edelstahl verfestigt sich schnell. Dünne Wände überhitzen, verziehen oder reißen. |
| Titan (Ti-6Al-4V) | 1,0 mm | 1,5 mm | Titan hat geringe Wärmeleitfähigkeit — Wärme staut sich in dünnen Querschnitten. |
| Kupfer & Messing | 0,5 mm | 0,8 mm | Weiches Material hilft. Sehr dünne Kupferwände sind jedoch empfindlich bei der Handhabung. |
| Technische Kunststoffe (Delrin, Nylon, PEEK) | 0,4 mm | 0,8 mm | Kunststoffe biegen sich unter Schnittkraft. Dünne Wände federn vom Werkzeug zurück. |
Faustregeln für Wanddicke
| Regel | Richtlinie | Warum es wichtig ist |
|---|---|---|
| Wand-zu-Feature-Höhen-Verhältnis | Wanddicke mindestens 1/5 der angrenzenden Feature-Höhe | Eine hohe dünne Wand wirkt wie ein Kragträger. Eine 10 mm hohe Wand braucht mindestens 2 mm Dicke. |
| Unsupportierte Wandhöhe | Max. unsupportierte Höhe = 8x Wanddicke (Aluminium), 5x Wanddicke (Stahl) | Darüber hinaus vibriert die Wand beim Bearbeiten. |
| Gleichmäßige Wanddicke | Wände innerhalb 20% der gegenseitigen Dicke halten | Ungleichmäßige Wände verursachen Verzug bei Wärmebehandlung. |
| Eckenübergang | Graduelle Übergänge zwischen dicken und dünnen Querschnitten | Abrupte Dickenänderungen erzeugen Spannungskonzentratoren. |
| Rippen-Design | Rippendicke = 0,6x Wanddicke; Rippenhöhe ≤ 5x Rippendicke | Dicke Rippen erzeugen Einschrumpfmarken und verlängern die Bearbeitungszeit. |
| Kostenauswirkung dünner Wände | Wände am Minimum: +30–80% Bearbeitungszeit vs. empfohlener Dicke | Dünne Wände erfordern reduzierte Vorschübe, Schlichtgänge und oft Spezialvorrichtungen. |
Innenradien (Rundungen)
Jeder CNC-Schaftfräser ist zylindrisch, was bedeutet, dass er keine scharfe Innenkante schneiden kann. Der kleinste Innenradius entspricht dem Werkzeugradius. Dies ist eine der grundlegendsten CNC-Beschränkungen.
Warum Rundungen wichtig sind
Werkzeuggeometrie: Ein Schaftfräser mit φ6 mm hat einen Eckenradius von R3. Er kann physisch keine Innenkante kleiner als R3 erzeugen.
Spannungskonzentration: Scharfe Innenkanten sind Spannungskonzentratoren. Unter zyklischer Belastung entstehen dort Ermüdungsrisse. Schon eine kleine Rundung (R0,5 mm) reduziert die Spannungskonzentration drastisch.
Werkzeugstandzeit: Eine scharfe Innenkante zwingt das Werkzeug zum Abbremsen, Anhalten und Richtungswechsel — alles erhöht den Verschleiß.
Mindestrundung nach Werkzeuggröße
| Werkzeugdurchmesser | Eckenradius | Empfohlene Innenrundung | Kostenstufe |
|---|---|---|---|
| φ16 mm | R8 mm | R8 mm oder größer | Standard (niedrigste Kosten) |
| φ10 mm | R5 mm | R5 mm oder größer | Standard |
| φ6 mm | R3 mm | R3 mm oder größer | Standard |
| φ4 mm | R2 mm | R2 mm oder größer | Mäßig |
| φ3 mm | R1,5 mm | R1,5 mm oder größer | Mäßig |
| φ2 mm | R1 mm | R1 mm oder größer | Höher |
| φ1 mm | R0,5 mm | R0,5 mm | Premium (langsam, empfindliches Werkzeug) |
| < φ1 mm (Drahterosion) | R0,2 mm | R0,2–R0,5 mm | Sehr hohe Kosten (Sonderverfahren) |
Kosten kleinerer Rundungen
| Rundungsradius | Relative Kosten des Features | Grund |
|---|---|---|
| R3–R6 mm | 1,0x (Basis) | Standard-Schaftfräser, schneller Abtrag |
| R1–R2 mm | 1,3–1,5x | Kleineres Werkzeug, mehr Gänge, langsamer Vorschub |
| R0,5 mm | 1,8–2,5x | Empfindliches Werkzeug, sehr langsamer Vorschub |
| < R0,5 mm | 3,0–5,0x | Kann Drahterosion oder Spezialwerkzeug erfordern |
Aussenradien & Kantengestaltung
Aussenkanten sind das Gegenteil von Innenkanten — das Werkzeug kann sie problemlos erreichen, sodass scharfe Aussenkanten technisch möglich sind. In der Praxis ist es jedoch fast immer eine schlechte Idee, scharfe Kanten zu belassen.
Standard-Kantenbrechung
Der Branchenstandard ist eine 0,5 mm Fase oder Rundung an allen scharfen Kanten, sofern nicht anders angegeben. Viele Zerspanereien wenden dies automatisch als Standard-Entgratbetrieb an.
| Kantenbehandlung | Wann verwenden | Hinweise |
|---|---|---|
| 0,5 mm Fase (Standard) | Die meisten Teile, alle Kanten | Standard-Entgratung. Im Basispreis enthalten. |
| 0,5 mm Radius | Kanten, die häufig berührt werden oder gegen Dichtung | Radius ist sanfter für Dichtflächen und berührte Kanten. |
| Keine Kantenbrechung (scharf) | Schneidkanten, Paarflächen mit Linienkontakt | Explizit auf der Zeichnung angeben. |
| Großer Radius (R2+) | Ergonomische Teile, kosmetische Aussenflächen | Erfordert speziellen Werkzeugweg. |
Abstreifwinkel
Abstreifwinkel (eine Konizit an vertikalen Flächen zur Entformung) sind primär ein Thema für Guss, Schmiedeteile, Spritzguss und Blechumformung. CNC-Bearbeitung erfordert keine Abstreifwinkel.
| Feature | Wann Konizit wichtig ist | Richtlinie |
|---|---|---|
| Konische Bohrungen | Für Kegelstifte, Passstiftausrichtung, selbsthemmende Passungen | Kegelwinkel angeben (z.B. 1:50). |
| Konische Features | Ventilsitze, Düsenprofile, Senkungen | Standard-Senkwinkel: 60°, 82°, 90°, 120°. |
| CNC aus Gussrohling | Wenn ein Bauteil als Guss startet | Der Guss benötigt Abstreifwinkel, die CNC entfernt ihn. |
| Tiefe Taschen | Sehr tiefe Taschen (>4x Durchmesser) können leichte Konizit durch Werkzeugdurchbiegung entwickeln | Abstreifwinkel vermeiden mit Schlichtgang. |
Bodenradius in Taschen
Wenn ein Schaftfräser eine Tasche schneidet, haben die Ecken, an denen die Wand auf den Boden trifft, einen Radius gleich dem Eckenradius des Werkzeugs. Dies ist der Bodenradius.
| Bodenradius | Benötigtes Werkzeug | Relative Kosten | Hinweise |
|---|---|---|---|
| R3–R6 mm | Stirnfräser (φ10–16 mm) | 1,0x (Basis) | Schnellster Abtrag. |
| R1–R2 mm | Standard-Schaftfräser | 1,0x | Typischer Bodenradius. |
| R0,5 mm | Kleiner Schaftfräser | 1,2–1,5x | Erfordert einen Reinigungsgang mit kleinerem Werkzeug. |
| R0,2–R0,3 mm | Kleiner Fräser + sorgfältiger Werkzeugweg | 1,5–2,0x | Empfindliches Werkzeug, langsamer Vorschub. |
| R0 (scharfe Ecke) | Drahterosion oder Läppen | 3,0–5,0x | Mit Standardfräsern unmöglich. |
Kostenauswirkung Zusammenfassung
| Design-Feature | Standard-Spezifikation | Eng / Schwierige Spezifikation | Kostenmultiplikator |
|---|---|---|---|
| Wanddicke (Aluminium) | ≥ 1,0 mm | 0,5–0,8 mm | 1,3–1,8x |
| Wanddicke (Stahl) | ≥ 1,5 mm | 0,8–1,2 mm | 1,4–2,0x |
| Innenrundungsradius | R3–R6 mm | R0,5 mm oder kleiner | 1,8–3,0x |
| Bodenradius in Tasche | R1–R3 mm | R0 (scharf) | 3,0–5,0x |
| Tiefe Taschen-Seitenverhältnis | Tiefe ≤ 4x Breite | Tiefe > 6x Breite | 1,5–2,5x |
| Hohe dünne Wand | Höhe ≤ 5x Dicke | Höhe > 8x Dicke | 1,5–2,0x |
Häufige Fehler
| # | Fehler | Was passiert | Richtiger Ansatz |
|---|---|---|---|
| 1 | R0 Innenkanten spezifiziert | Mit Standardfräsern unmöglich. Verzögert das Projekt. | Alle Innenkunden müssen Rundungsradius ≥ R0,5 mm haben. |
| 2 | Unterschiedliche Rundungsradien am selben Feature | Mehrere Werkzeugwechsel erforderlich. | Ein Rundungsradius pro Taschenfeature. Auf einen Werkzeugradius standardisieren. |
| 3 | Sehr dünne Wände neben dicken Querschnitten | Dünne Wand verzieht sich während der Bearbeitung. | Wanddicke gleichmäßig halten. Graduelle Übergänge. |
| 4 | Tiefe Taschen mit kleinem Bodenradius | Langes, dünnes Werkzeug durchbiegt. Schlechte Oberfläche. | Bodenradius proportional zur Taschentiefe erhöhen. |
| 5 | Keine Kantenbrechung angegeben | Betrieb wendet Standard 0,5 mm Brechung an. | Scharfe Kanten explizit angeben oder „SCHARFE KANTEN 0,5 mm MAX BRECHEN“. |
| 6 | Abstreifwinkel an CNC-Teil | Verwirrt den Zerspaner. Abstreifwinkel ist für Guss/Spritzguss. | Konizit als Dimensionsangabe (z.B. „1:50 Kegel“), nicht als „Abstreifwinkel“. |
| 7 | Rundungen kleiner als Werkzeugradius für die Featuretiefe | Werkzeug bricht oder durchbiegt. | Regel: Werkzeugausladung maximal 8x Werkzeugdurchmesser. |
| 8 | Eloxal-/Lackdicke bei dünnen Wänden ignoriert | Wand bei 0,6 mm Nennmaß, Eloxal 25 μm pro Seite. | Behandlungsdicke in Wandberechnung berücksichtigen. |
| 9 | Scharfe Bodenecken (R0) an Dichtungstaschen | O-Ring kann sich nicht in scharfer Ecke setzen. Leckpfad. | R0,5–R1,0 Minimum-Bodenradius für Dichtungstaschen. |
| 10 | Wanddicke nicht explizit angegeben | Wanddicke ist ein abgeleitetes Maß. Unklarheit führt zu Streitigkeiten. | Mindestwanddicke direkt als kritisches Maß auf der Zeichnung angeben. |