Lohnfertiger können für zwei Teile mit derselben Funktion Preise nennen, die sich um den Faktor zwei unterscheiden; der Unterschied liegt nicht in der Maschine, sondern in der Zeichnung. Fertigungsgerechte Konstruktion (DFM) sorgt dafür, dass das Teil bei erhaltener Funktion mit möglichst wenigen Operationen, möglichst wenigen Aufspannungen, Standardwerkzeugen und Standardwerkstoffen gefertigt werden kann. Die folgenden Regeln sind das konstrukteurseitige Gegenstück zu unserem Beitrag über die 12 preisbestimmenden Faktoren und stammen aus den DFM-Rückmeldungen, die Tornelle seinen Kunden in der Angebotsphase gibt.
A. Geometrieregeln
1. Innenradien an Standardwerkzeugdurchmesser anpassen
In gefrästen Taschen sollte der Innenradius etwas größer sein als der Radius des verwendeten Schaftfräsers: R3,5 oder R4 statt R3, R5,5 oder R6 statt R5. Ein Radius gleich dem Werkzeugradius führt zu vollem Werkzeugkontakt in der Ecke und zu Schwingungen; ein kleinerer Radius bedeutet ein kleineres Werkzeug und eine viel längere Bearbeitungszeit. Eine scharfe Innenecke (R0) lässt sich nicht fräsen; falls erforderlich, werden eine Entlastungsbohrung in der Ecke oder Erodieren eingeplant.
2. Taschentiefe auf das 3–4-Fache des Werkzeugdurchmessers begrenzen
Tiefe, schmale Taschen erfordern lange, dünne Werkzeuge; Abdrängung, Schwingungen und schlechte Oberflächen sind die Folge. Übersteigt das Verhältnis Tiefe/Breite 4, senkt es die Kosten, die Tasche von zwei Seiten zu bearbeiten oder zu verbreitern.
3. Wandstärke bei Metallen mindestens 0,8–1 mm, besser 1,5 mm
Dünne Wände federn bei der Bearbeitung, halten die Toleranz nicht und werden mit geringer Geschwindigkeit bearbeitet. Wände unter 1 mm bei Aluminium und unter 1,5 mm bei Stahl erfordern eine besondere Strategie.
4. Bohrungstiefe auf das 5-Fache des Durchmessers begrenzen
Standardbohrer sind für 3–5×D ausgelegt; Bohrungen mit 8–10×D verlangen spezielle lange Bohrer, Entspanen und geringen Vorschub. Sehr tiefe Bohrungen können von beiden Seiten gebohrt oder im Durchmesser vergrößert werden.
5. Standard-Bohrungsdurchmesser verwenden
Standard-Bohrer- und Reibahlendurchmesser wie Ø6,5 statt Ø6,35 oder Ø10 bzw. Ø10,5 statt Ø10,2 sparen Werkzeug und Zeit. Tolerierte Bohrungen (H7) erfordern Reiben oder Ausdrehen; schreiben Sie H7 nicht an jede Bohrung, sondern nur an funktionale Bohrungen.
6. Gewinde standardisiert und flach halten
Übersteigt die Gewindetiefe das 1,5-Fache des Durchmessers, steigt die Festigkeit nicht mehr, wohl aber Bruchrisiko des Gewindebohrers und Zeit. Vermeiden Sie Gewinde unter M3 und Sondersteigungen; lassen Sie in Sacklöchern am Gewindegrund ausreichend Freiraum für den Gewindebohrer.
B. Toleranz- und Oberflächenregeln
7. Enge Toleranzen nur an Funktionsmaßen
Eine Toleranz von ±0,01 mm kann Bearbeitungszeit und Messkosten gegenüber ±0,1 mm um das 2–3-Fache erhöhen. Für allgemeine Maße reicht ISO 2768-m; vergeben Sie enge Toleranzen nur an Lager-, Passungs- und Montageflächen.
8. Oberflächenrauheit flächenbezogen angeben
Statt Ra 0,8 für das gesamte Teil schreiben Sie Ra 0,8 an Dicht- und Lagerflächen und Ra 3,2 an den Rest. Ra 0,4 und darunter erfordert Schleifen oder Polieren; hinterfragen Sie, ob es wirklich nötig ist.
9. Form- und Lagetoleranzen mit messbaren Bezügen definieren
Form- und Lagetoleranzen ohne Bezug oder in nicht messbarer Form machen Fertigung und Prüfung gleichermaßen unklar. Decken sich die Bezugsflächen mit den Flächen, an denen das Teil in der Maschine gespannt wird, wird die Toleranz von Natur aus eingehalten.
C. Operations- und Aufspannregeln
10. Anzahl der Aufspannungen reduzieren
Jede zusätzliche Aufspannung bedeutet Rüstzeit, Bezugsverlust und Fehler in der Toleranzkette. Sind alle Merkmale von einer oder zwei Seiten zugänglich, können die Kosten gegenüber einem von 6 Seiten bearbeiteten Gehäuse um 30–50 % sinken. Bei Drehteilen mit Bearbeitung an Vorder- und Rückseite erledigen eine Drehmaschine mit Gegenspindel oder ein Langdrehautomat alles in einem Zyklus.
11. Spannfläche und Bezug vorsehen
Freiformteile, die allseitig bearbeitet werden, bieten keine Fläche zum Halten; eine kleine Spannlasche oder ein später abgetrennter Zapfen spart die Kosten einer Sondervorrichtung.
12. Unnötige Operationen hinterfragen
Merkmale wie kosmetisches Fräsen an verdeckten Flächen, funktionslose Fasen oder R0,5-Verrundungen an allen Kanten verlängern die Bearbeitungszeit. Der Vermerk „alle scharfen Kanten gebrochen“ ist weit wirtschaftlicher als ein eigenes Fasenmaß an jeder Kante.
D. Werkstoff- und Rohteilregeln
13. Passend zu Standard-Stangen- und Plattenmaßen konstruieren
Ein Ø29,8-Teil aus Ø30-Stange zu fertigen ist ideal; ein Ø31-Teil bedeutet Ø35-Stange und zusätzliche Späne. Für Plattendicken (10, 12, 15, 20, 25 mm) gilt dieselbe Regel; für 18 mm Dicke müssen von einer 20-mm-Platte 2 mm abgetragen werden.
14. Leichter zerspanbare Werkstoffalternativen prüfen
Wenn Korrosions- oder Festigkeitsanforderung es zulassen: 304 statt 316L, 303 statt 304; 6082 statt 7075; Automatenstahl (11SMnPb30) statt allgemeinem Baustahl. Die Bearbeitungszeit sinkt um 20–50 %. Die Auswahlkriterien finden Sie in unseren Leitfäden zu Edelstahl und Aluminium.
15. Beschichtung und Wärmebehandlung in der Konstruktion berücksichtigen
Hartanodisation (25–60 µm) und Beschichtungen verändern die Maße; geben Sie die Toleranz als „nach Beschichtung“ oder „vor Beschichtung“ an. Bei Teilen, bei denen nach der Wärmebehandlung Verzug zu erwarten ist, lassen Sie an kritischen Maßen Schleifzugabe.
Wie führt man das DFM-Gespräch mit dem Lohnfertiger?
Der beste Zeitpunkt ist die Angebotsphase, bevor die Konstruktion eingefroren wird. Ergänzen Sie beim Versand von STEP-Datei und Zeichnung den Hinweis „Wir wünschen DFM-Feedback“; ein guter Lieferant listet kostentreibende Merkmale und seine Empfehlungen zusammen mit dem Angebot auf. Nicht jede Empfehlung muss angenommen werden; Merkmale mit funktionaler Begründung bleiben, die übrigen werden vereinfacht. Tornelle bietet dieses Feedback im Angebotsprozess standardmäßig an; zum Ablauf siehe unsere Seite So arbeiten wir.
Häufig gestellte Fragen
Wie viel Einsparung ist mit DFM möglich?
Je nach Teil 10–40 %; die größten Gewinne stammen aus unnötig engen Toleranzen, zu vielen Aufspannungen und nicht standardisierten Radien/Durchmessern.
Geht mit dem DFM-Feedback die Konstruktionsverantwortung auf den Lieferanten über?
Nein. Der Lieferant gibt Empfehlungen; Entscheidung und Konstruktionsverantwortung bleiben beim Kunden, angenommene Änderungen werden per Zeichnungsänderung dokumentiert.
Ist DFM beim Prototyp nötig?
Beim Prototyp können Kosten zweitrangig sein; bei Teilen, die in Serie gehen, verhindert DFM bereits in der Prototypenphase spätere Kosten für Revision und erneute FAI.
Welches Dateiformat eignet sich für DFM?
STEP + PDF-Zeichnung ist die ideale Kombination; STEP trägt die Geometrie, PDF die Toleranzen und Vermerke.
Fazit
Fertigungsgerechte Konstruktion ist der günstigste Weg, CNC-Kosten zu senken: Statt zu verhandeln, wird die Zeichnung vereinfacht. Standardradien und -durchmesser, selektive Toleranzen, wenige Aufspannungen und leicht zerspanbare Werkstoffe senken den Stückpreis deutlich, ohne die Funktion zu verändern. Wenn Sie DFM-Feedback zu Ihren Teilen wünschen, senden Sie Ihre STEP- und PDF-Dateien über unser Angebotsformular; die Empfehlungen kommen zusammen mit dem Angebot.
