Schweißkonstruktion, Gussteil oder aus dem Vollen gefräst: die richtige Wahl
Drei Fertigungswege können dasselbe Strukturbauteil liefern. Welcher am günstigsten ist, entscheiden vor allem Größe und Stückzahl, und die Entscheidung fällt meist, bevor jemand auf einen Maschinenstundensatz schaut.
Die drei Wege in je einem Absatz
Eine mechanisch bearbeitete Schweißkonstruktion entsteht aus Blech, Rohr oder Profil: zugeschnitten, zur Form verschweißt, in der Regel spannungsarmgeglüht und dann dort bearbeitet, wo die Toleranz halten muss. Sie kaufen Material und Arbeitszeit. Über die Vorrichtungen hinaus fallen keine Werkzeugkosten an.
Ein Gussteil wird endkonturnah in eine Form gegossen, die über ein Modell oder ein Dauerwerkzeug entsteht, und anschließend an den relevanten Flächen bearbeitet. Sie bezahlen das Modell einmal und erhalten danach jedes Teil günstiger und schneller.
Ein aus dem Vollen gefrästes Teil wird aus einem Block oder einer dicken Platte herausgearbeitet. Nichts wird gefügt, nichts verzieht sich durch Schweißen, und Sie bezahlen jedes Kilogramm Material, das am Ende als Späne im Behälter liegt.
Größe: hier gewinnt die Schweißkonstruktion
Ab etwa 300 × 300 × 300 mm wird das Fräsen aus dem Vollen unsinnig. Sie kaufen einen Block, bezahlen dafür, den größten Teil davon zu entfernen, und bezahlen noch einmal für die Maschinenstunden, die das Entfernen erledigen. Eine Schweißkonstruktion kauft Blech zu Blechpreisen und zerspant nur dort, wo ein Fräser gebraucht wird.
Gussteile lassen sich ebenfalls vergrößern, aber jeder Größenschritt erhöht die Modellkosten, verkleinert den Kreis der Gießereien, die das Teil beherrschen, und steigert das Risiko. Ein Maschinenbett von 3 m als Gussteil ist ein ernsthaftes Projekt mit entsprechender Lieferzeit. Als Schweißkonstruktion ist es ganz normaler Alltag für einen Betrieb mit ausreichend großer Halle und ausreichend starkem Kran.
Auch auf der Bearbeitungsseite gibt es eine praktische Obergrenze. Ein Rahmen lässt sich viel größer schweißen, als er sich in einer Aufspannung bearbeiten lässt. Deshalb bestimmen Bauraum und Zahl der Aufspannungen das Angebot stärker als das Schweißen.
Stückzahl: hier gewinnt das Gussteil
Modell- und Werkzeugkosten fallen an, bevor das erste Gutteil existiert. Auf 20 Teile verteilt tut das weh. Auf 2.000 Teile verteilt fallen sie kaum noch ins Gewicht.
Gussteile kommen außerdem näher an der Endkontur aus der Form, es gibt also pro Teil weniger zu bearbeiten und weniger Material einzukaufen. Bei einer wiederkehrenden, stabilen Konstruktion in echten Stückzahlen summiert sich dieser Vorteil pro Teil.
Die entscheidende Frage lautet nicht „wie viele in diesem Jahr“, sondern „wie viele, bevor sich die Konstruktion ändert“. Ein Teil, das in achtzehn Monaten überarbeitet wird, sollte kein Modell finanzieren.
Lieferzeit und das erste Teil
| Fertigungsweg | Typischer Weg zum ersten Teil |
|---|---|
| Schweißkonstruktion | Schneiddateien, Vorrichtungen, Schweißen, Spannungsarmglühen, Bearbeiten. Wochen. |
| Gussteil | Modell oder Werkzeug, Probeabguss, Freigabe, Serie, Bearbeitung. Monate. |
| Aus dem Vollen gefräst | Material bestellen, programmieren, zerspanen. Tage. |
Deshalb gehen Prototypen und Vorserien so oft als Schweißkonstruktion hinaus, selbst wenn die Serie als Gussteil geplant ist. Sie erhalten ein echtes Teil im echten Werkstoff mit der echten Steifigkeit, bevor das Modell festgelegt ist.
Konstruktionsänderungen nach dem Serienstart
Eine Änderung an einer Schweißkonstruktion bedeutet eine neue Schneiddatei und eventuell eine neue Vorrichtung. Beim Gussteil bedeutet sie eine Modelländerung oder ein neues Modell und dazu erneut eine Musterfreigabe. Beim gefrästen Teil bedeutet sie ein neues Programm, es sei denn, die Änderung erfordert einen größeren Block.
Ist das Produkt jung und die Konstruktion noch in Bewegung, ist diese Flexibilität echtes Geld wert, und sie taucht in einem Preisvergleich selten auf.
Die Frage nach dem Maschinenbett
Bei Maschinenbetten wird die Diskussion interessant, denn Steifigkeit ist nicht das Einzige, was man dort einkauft.
Stahl hat etwa den doppelten Elastizitätsmodul von Grauguss, daher kann eine gut konstruierte Schweißkonstruktion aus Stahl bei gleichem Gewicht steifer sein als das Graugussteil, das sie ersetzt. Was Grauguss mitbringt, ist innere Dämpfung. Schwingungsenergie, die in eine Graugussstruktur eintritt, klingt schneller ab als in einer geschweißten Stahlstruktur, und bei einer Maschine, die Metall zerspant, ist genau das relevant.
Fertigungsbetriebe gleichen das aus. Eine kastenförmige Schweißkonstruktion mit inneren Rippen, gefüllt mit einem Dämpfungswerkstoff wie einer Mischung aus Epoxidharz und Zuschlagstoffen, behält die Steifigkeit des Stahls und gewinnt einen großen Teil der Dämpfung zurück. Das ist eine Konstruktionsentscheidung mit echten Zielkonflikten, und sie sollte geklärt sein, bevor der Rahmen angefragt wird, nicht erst nach dem ersten Schwingungstest.
Ein Gussteil in eine Schweißkonstruktion umwandeln
Das Thema kommt auf, wenn eine Gießerei aussteigt, eine Lieferzeit unmöglich wird oder eine Mengenprognose einbricht. Es ist machbar, aber kein bloßer Zeichnungstausch.
Was sich ändert:
- Wandstärken. Gusswände sind oft dicker, als eine geschweißte Entsprechung es erfordert, weil sich ein Gussteil füllen muss. Wer Guss-Wandstärken ins Blech übernimmt, verschwendet Gewicht und Schweißzeit.
- Radien und Hohlkehlen. Großzügige Gussradien werden entweder zu einem bearbeiteten Merkmal oder zu einem Nahtprofil. Beides kostet Geld.
- Bezüge. Ein Gussteil wird für die erste Operation in der Regel über Gussflächen ausgerichtet. Eine Schweißkonstruktion braucht Bezüge, auf denen eine Vorrichtung aufsetzen kann und die bearbeitet werden.
- Verzug. Ein Gussteil wird nicht geschweißt und verzieht sich daher nicht durch Schweißen. Eine Schweißkonstruktion schon, und damit kommen Bearbeitungszugabe und Spannungsarmglühen ins Spiel.
Planen Sie Konstruktionszeit für die Umwandlung ein. Schlecht laufen die Teile, bei denen die Gusszeichnung unverändert verschickt und der Fertigungsbetrieb gebeten wurde, es irgendwie passend zu machen.
Eine kurze Entscheidungsregel
- Groß, geringe bis mittlere Stückzahl, Konstruktion noch in Bewegung: Schweißkonstruktion.
- Klein, enge Toleranz, keine Fügestelle zulässig: aus dem Vollen gefräst.
- Stabile Konstruktion, echte Stückzahlen, komplexe Form, Geduld für den Werkzeugbau: Gussteil.
Liegt Ihr Teil auf einer Grenze, versenden Sie es als Anfrage für eine Schweißkonstruktion und fragen Sie die anbietenden Betriebe, was sie ändern würden, um es günstiger zu machen. Fertigungsbetriebe, die auch selbst bearbeiten, sehen beide Hälften der Kosten und sagen Ihnen, wenn das Teil anderswo besser aufgehoben ist.
Senden Sie Ihre Zeichnung, und wir bringen Sie mit Betrieben zusammen, die unter einem Dach schweißen und bearbeiten.
Häufige Fragen
Ab welcher Stückzahl ist ein Gussteil günstiger als eine Schweißkonstruktion?
Eine feste Zahl gibt es nicht, weil sich der Schnittpunkt mit dem Werkzeugpreis verschiebt. Eine Schweißkonstruktion hat keine Modellkosten, ein Gussteil muss ein Modell amortisieren. Die Frage ist also, wie viele Teile Sie fertigen, bevor sich die Konstruktion ändert. Lautet die Antwort einige Dutzend über mehrere Jahre, gewinnt üblicherweise die Schweißkonstruktion.
Ist eine Schweißkonstruktion weniger steif als ein Gussteil?
Nicht grundsätzlich. Stahl hat etwa den doppelten Elastizitätsmodul von Grauguss, daher lässt sich eine geschweißte Stahlstruktur pro Kilogramm steifer auslegen. Grauguss dämpft dagegen Schwingungen besser, und deshalb werden Maschinenbetten in manchen Anwendungen weiterhin gegossen.
Kann ich ein bestehendes Gussteil in eine Schweißkonstruktion umwandeln?
Oft ja, und das ist ein üblicher Schritt, wenn eine Gießerei ein Teil abkündigt oder eine Lieferzeit unmöglich wird. Es handelt sich um eine Neukonstruktion, nicht um einen einfachen Ersatz, denn Wandstärken, Radien und Bezüge, die zu einem Gussteil passten, passen selten zu einer Schweißkonstruktion.
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