Grate bei der CNC-Bearbeitung sind winzige, aber zerstörerische Mängel – sie beeinträchtigen nicht nur die Präzision der Teile (Rendern 5-15% von fertigen Bauteilen außerhalb der Toleranz) sondern bergen auch Sicherheitsrisiken (Scharfe Kanten können beim Zusammenbau Schnittverletzungen verursachen oder zusammenpassende Teile beschädigen). Für Hersteller, die hochpräzise Komponenten herstellen (Z.B., Medizinprodukte, Luft- und Raumfahrtteile), Gratentfernung kann hinzufügen 20-30% zu den Produktionskosten führen, wenn sie nicht an der Quelle kontrolliert werden. Im Gegensatz zu Oberflächenkratzern, Durch komplexe Wechselwirkungen zwischen Werkzeugen entstehen Grate, Materialien, und Prozesse – ihre Beseitigung erfordert ein systematisches Vorgehen, nicht nur Nachbearbeitung. In diesem Artikel werden die Gratarten systematisch aufgeschlüsselt, Grundursachen, präventive Strategien, und Entfernungsmethoden – gestützt auf Daten und reale Fälle – um Ihnen beim Aufbau eines gratfreien CNC-Bearbeitungsworkflows zu helfen.
1. Klassifizierung von Graten in der CNC-Bearbeitung: Verstehen Sie zuerst den Feind
Nicht alle Grate sind gleich – ihre Form, Standort, und Bildungsmechanismus variieren je nach Bearbeitungsprozess und Material. Die folgende Tabelle kategorisiert gängige Grattypen, ihre Eigenschaften, und typische Eintrittsszenarien:
| Grattyp | Visuelle Merkmale | Formationsszenario | Auswirkungen auf die Produktion |
| Kontinuierliche Grate | Lang, dünn, fadenförmige Vorsprünge (0.1-1mm in Länge) die dem Schnittpfad folgen | Bearbeitung duktiler Werkstoffe (Aluminiumlegierung, Kupfer) bei verschlissenen Werkzeugen oder hohen Vorschüben | Kann sich leicht in Schneidwerkzeugen oder Werkstücken verfangen，Sekundäre Kratzer verursachen；In automatisierten Produktionslinien kann es zu Gerätestaus kommen，Jeder Fehler verursacht \(500-\)2,000 Verlust |
| Gezackte Grate | Kurz, irregulär, zahnähnliche Fragmente (0.05-0.3mm) mit scharfen Kanten | Bearbeitung von kaltverfestigenden Werkstoffen (Edelstahl 304, Titanlegierung) mit unzureichender Schnittgeschwindigkeit | Mit normalen Entgratungswerkzeugen schwer zu entfernen，Erfordert manuelles Polieren (erhöhen 10-15 Minute / Arbeitsstunden)；Dichtungen können bei der Montage leicht zerkratzt werden，zu Undichtigkeiten führen |
| Bördelgrate | Wellig, gefaltete Metallkanten (0.2-0.8mm) das bilden a “Lippe” auf der Werkstückoberfläche | Bearbeitung von kohlenstoffarmem Stahl oder Weichstahl mit übermäßiger Schnitttiefe oder falschem Spanwinkel des Werkzeugs | Zerstören Sie die Ebenheit des Teils (Abweichung kann 0,1–0,2 mm erreichen).，Beeinträchtigung der späteren Schweiß- oder Passgenauigkeit；Erhöhter Materialabfall bei Beschichtungsprozessen |
| Standortspezifische Grate | Klein, konzentrierte Grate (0.03-0.1mm) in spitzen Winkeln, Lochränder, oder Werkzeugwegübergänge | Komplexe Hohlraumbearbeitung (Z.B., Schimmelkerne) ohne Bogeninterpolation; abrupte Richtungsänderungen des Werkzeugs | Passgenaue Teile (z. B. Lagersitze) führen zu übermäßigem Spiel (über die Designtoleranz von 0,02 mm hinaus).，Verursacht ungewöhnliche Geräusche oder beschleunigten Verschleiß |
2. Ursachen von Graten: Eine Kette miteinander verbundener Faktoren
Gratbildung ist nie ein Einzelfaktorproblem, sondern entsteht durch das Zusammenspiel der Werkzeugleistung, Schneidenparameter, Materialeigenschaften, und Prozessdesign. In diesem Abschnitt wird a verwendet Kausalkettenstruktur Kernursachen aufzuschlüsseln, mit konkreten Daten und Beispielen.
2.1 Werkzeugstatus & Geometrisches Design: Die erste Linie des Scheiterns
Werkzeuge sind die direkte Schnittstelle zum Werkstück – ihr Zustand entscheidet darüber, ob sich Grate bilden:
- Werkzeugkleidung & Passivierung: Ein abgenutztes Werkzeug (Flankenverschleiß ≥0,2 mm) verliert seine Fähigkeit, Material sauber zu scheren, Dies führt dazu, dass das Metall plastisch fließt und nicht spröde bricht. Für die Bearbeitung von Edelstahl, Die Passivierung des Werkzeugs erhöht das Auftreten von Graten um 40–60 % – ein Schaftfräser mit 10 mm Durchmesser und 0,3 mm Flankenverschleiß erzeugt durchgehende Grate 80% von Teilen, vs. 15% für ein neues Werkzeug.
- Unangemessene geometrische Parameter:
- Zu großer Spanwinkel (>15° for aluminum): Reduziert die Kantenfestigkeit, Dies führt zu Werkzeugvibrationen und ungleichmäßigem Schneiden – es bilden sich wellenförmige Bördelgrate an dünnwandigen Teilen.
- Unzureichender Spanwinkel (<5° für Stahl): Erhöht die Reibung zwischen der Rückseite des Werkzeugs und dem Werkstück, Dabei wird das Material zusammengedrückt, so dass an der Schneidkante Grate entstehen.
- Schlechte Steifigkeit: Lang, schlanke Werkzeuge (length-to-diameter ratio >8:1) Rattern beim Schneiden, Dadurch weicht der Werkzeugweg um 0,05–0,1 mm ab. Diese Abweichung hinterlässt ungeschnittene Materialfragmente – ortsspezifische Grate – an Kavitätenecken oder Lochkanten.
2.2 Nicht übereinstimmende Schnittparameter: Der am besten anpassbare Faktor
Drehzahl falsch eingestellt, Futterrate, oder Schnitttiefe ist die häufigste Ursache für vermeidbare Grate:
- Zu hohe Vorschubgeschwindigkeit: Wenn die Vorschubgeschwindigkeit die Materialentfernungskapazität des Werkzeugs übersteigt (Z.B., >1000 mm/min for a 6mm aluminum end mill), Die Schnittkraft verlagert sich vom Scheren zum Extrudieren. Für Aluminiumlegierung 6061, eine Vorschubgeschwindigkeit von 1200 mm/min erhöht die Gratgröße um das Dreifache im Vergleich zu 800 mm/min – was zu durchgehenden Graten von 0,8 mm führt, die entgratet werden müssen.
- Unangemessene Schnittgeschwindigkeit:
- Niedrige Geschwindigkeit (<100 m/min für Edelstahl): Dadurch bleibt Material an der Werkzeugkante haften (Aufbaukante), Veränderung des effektiven Schnittwinkels und Bildung gezackter Grate.
- Hohe Geschwindigkeit (>300 m/min for aluminum): Erzeugt eine übermäßige Zentrifugalkraft, Dadurch wird das Werkzeug destabilisiert und es entstehen unregelmäßige Grate an Bahnübergängen.
- Unausgeglichene Schnitttiefe: Schruppen mit übermäßiger Tiefe (>5mm for a 10mm tool) hinterlässt eine dicke Deformationsschicht (0.1-0.2mm) auf der Werkstückoberfläche. Wenn die Nachbearbeitungszugabe nicht ausreicht (<0.3mm), Diese Schicht lässt sich nicht vollständig entfernen und es bilden sich Restgrate am fertigen Teil.
2.3 Materialeigenschaften: Die inhärente Herausforderung
Materialeigenschaften bestimmen die “Tendenz” um Grate zu bilden – duktile oder kaltverfestige Materialien erfordern besondere Vorsichtsmaßnahmen:
- Duktile Materialien (Aluminium, Kupfer): Diese Materialien verfügen über ein hohes plastisches Verformungsvermögen – beim Schneiden, Die Materialfasern dehnen sich, anstatt zu brechen, Es bilden sich lange, durchgehende Grate. Zum Beispiel, Bearbeitung von Aluminiumlegierungen 7075 (hohe Duktilität) Erzeugt 2x längere Grate als die Bearbeitung von Gusseisen (niedrige Duktilität) unter den gleichen Parametern.
- Kaltverfestigende Materialien (Edelstahl, Titan): Jeder Schneiddurchgang erhöht die Härte des Materials um 10–20 % – nachfolgende Durchgänge sind mit einem höheren Widerstand konfrontiert, Dies führt zu Werkzeugverschleiß und gezackten Graten. Die Bearbeitung von Edelstahl 316L ohne Kühlmittel kann zu einem Anstieg der Oberflächenhärte führen 180 HV zu 250 Hv, Verdoppelung des Grataufkommens.
- Interne Inhomogenität: Gussteile mit Schwundporen oder Schmiedeteile mit Fließstörungen setzen bei der Bearbeitung Eigenspannungen frei, was zu lokalen Materialrissen führt. Diese Risse manifestieren sich beispielsweise als unregelmäßige Grate, ein Motorblock aus Aluminiumguss mit 2% Porosität hat 30% mehr ortsspezifische Grate als ein homogenes Aluminium-Knetteil.
2.4 Prozessplanung & Geräteleistung: Die versteckten Influencer
Eine schlechte Pfadkonstruktion oder instabile Geräte verstärken die Gratprobleme, auch mit guten Werkzeugen und Parametern:
- Fehler im Werkzeugweg:
- Keine Bogeninterpolation bei spitzen Winkeln (≤90°): Abrupte Richtungsänderungen des Werkzeugs erzeugen augenblickliche Aufprallkräfte (2-3x normale Schnittkraft), Überschreitung der Bruchgrenze des Materials und Bildung von Graten an den Ecken.
- Fehlende Werkzeug-Ein-/Austrittsverlängerungen: Sudden cutting force changes at the start/end of the path leave uncut material—burrs at hole entrances or part edges.
- Inadequate Cooling & Schmierung: Without sufficient coolant (Durchflussrate <10 L/min for a 10mm tool), cutting temperature rises by 150-200°C. High temperature softens the tool and causes thermal expansion of the workpiece, leading to uneven cutting and burrs. For titanium alloy machining, insufficient cooling increases burr size by 50%.
- Equipment Instability:
- Spindle bearing clearance (>0.005mm): Causes tool runout (0.01-0.02mm), leading to uneven material removal and burrs on one side of the workpiece.
- Servo system following error (>0.003mm): Cumulative deviation changes the cutting section shape, forming wavy burrs on long workpieces (Z.B., 1m-long aluminum profiles).
3. Präventive Strategien: Stoppen Sie Grate an der Quelle
Eliminating burrs is far cheaper than removing them—preventive measures can reduce burr occurrence by 70-90%. The table below outlines actionable strategies for each cause category:
| Ursache Kategorie | Vorbeugende Maßnahmen | Implementation Details | Expected Effect |
| Tool Optimization | – Use wear-resistant tool materials- Optimize geometric parameters- Improve tool rigidity | – Für Edelstahl: Choose carbide tools with TiAlN coating (wear resistance 3x higher than uncoated)- Für Aluminium: Rake angle = 10-12°, relief angle = 8-10°- For long tools: Add guide bushings or use integral tool holders (reduce chatter by 60%) | Burr occurrence reduced by 40-50% |
| Parameteranpassung | – Match feed rate to tool capacity- Set optimal cutting speed- Balance roughing/finishing depth | – Futterrate: ≤80% of tool manufacturer’s recommended maximum (Z.B., 800 mm/min for a 6mm aluminum end mill)- Schnittgeschwindigkeit: 150-200 m/my (Aluminium), 80-120 m/my (Edelstahl)- Roughing depth: ≤70% of tool diameter; finishing allowance: ≥0.3mm | Continuous burr size reduced by 60-70% |
| Materialvorbereitung | – Select low-burr-prone materials- Improve material homogeneity- Pre-relieve residual stress | – Für Präzisionsteile: Choose wrought alloys over cast alloys (reduce porosity-related burrs by 30%)- For forgings: Use uniform heat treatment (reduce flow disorders by 40%)- For castings: Anneal at 300-400°C for 2 Std. (release 80% Eigenspannung) | Irregular burrs reduced by 50-60% |
| Verfahren & Equipment Upgrade | – Optimize tool paths- Enhance cooling/lubrication- Stabilize equipment performance | – Add arc interpolation (R ≥0.1mm) at all acute angles- Use high-pressure coolant (30-50 Bar) for titanium alloy machining (reduce temperature by 150°C)- Calibrate spindle bearings quarterly (clearance ≤0.003mm); service servo systems annually | Location-specific burrs reduced by 70-80% |
4. Methoden zur Gratentfernung: Restliche Grate effizient entfernen
Even with prevention, some burrs may remain—choosing the right removal method is critical to avoid damaging parts. The table below compares common removal technologies:
| Removal Method | Arbeitsprinzip | Suitable Burr Types | Vorteile | Einschränkungen |
| Mechanisches Entwerfen | – Manual filing- CNC deburring tools- Brushing | Kontinuierlich, jagged burrs (0.1-1mm) | – Niedrige Kosten (Handbuch: \(0.5-\)2/Teil)- Flexible for complex parts- No thermal damage | – Langsam (Handbuch: 5-15 Minuten/Teil)- Inconsistent (operator skill-dependent)- Risk of part damage (over-filing) |
| Abrasive Deburring | – Sandstrahlen- Stolpern- Abrasive flow machining (AFM) | Klein, uniform burrs (0.03-0.2mm) | – Hohe Effizienz (tumbling: 100+ parts/batch)- Konsistente Ergebnisse- Covers large surface areas | – Abrasive media wear (kosten: \(500-\)1,000/Charge)- Cannot reach narrow gaps (<1mm)- May reduce surface finish (Ra increases by 0.2-0.5μm) |
| Thermal Deburring | Combustion of burrs in oxygen-rich environment (500-600° C) | Micro-burrs (0.01-0.1mm) on complex parts | – Schnell (10-30 seconds/cycle)- Reaches all internal features- No mechanical stress | – Hohe Anschaffungskosten (\(100,000-\)300,000 Ausrüstung)- Risk of thermal distortion (dünnwandige Teile <2mm)- Not suitable for flammable materials (Z.B., Magnesium) |
| Chemische Entlassung | Etching burrs with acidic/alkaline solutions (Z.B., nitric acid for aluminum) | Klein, jagged burrs (0.05-0.2mm) | – Uniform removal (no part damage)- Schnell (5-15 Minuten/Teil)- Suitable for high-volume production | – Chemical waste treatment cost (\(1,000-\)5,000/Monat)- Korrosionsrisiko (requires protective coatings)- Beschränkt auf Nichteisenmetalle (Z.B., Aluminium, Kupfer) |
5. Fallstudie mit realer Welt: Beseitigung von Graten bei der Teilebearbeitung in der Luft- und Raumfahrt
A manufacturer producing titanium alloy aerospace brackets (Ti-6al-4V) faced 25% burr-related scrap rates—costing $150,000/year. Here’s how they solved the problem:
5.1 Problemanalyse
- Grattyp: Jagged burrs (0.1-0.3mm) on hole edges and acute angles.
- Ursachen:
- Werkzeugverschleiß: Carbide end mills wore out after 50 Teile (Flankenverschleiß ≥0,2 mm).
- Schneidenparameter: Niedrige Geschwindigkeit (80 m/my) caused built-up edge on tools.
- Werkzeugpfad: No arc interpolation at 90° corners, creating impact forces.
5.2 Lösung implementiert
- Tool Upgrade: Switched to PCBN (Polykristallines kubisches Bornitrid) tools with AlCrN coating—tool life extended to 200 Teile (4x länger).
- Parameteranpassung: Increased cutting speed to 120 m/min and reduced feed rate from 600 Zu 450 mm/min—eliminated built-up edge.
- Pfadoptimierung: Added 0.2mm arc interpolation at all acute angles—reduced impact force by 60%.
- Nachbearbeitung: Used AFM (abrasive flow machining) for residual micro-burrs (0.03-0.05mm).
5.3 Ergebnisse
- Schrottrate: Fallen von 25% to 3%—saving $130,000/year.
- Deburring Time: Reduced from 15 Zu 3 minutes/part—cutting labor costs by 80%.
- Teilqualität: Met aerospace AS9100 standards (burr size ≤0.02mm)—qualified for aircraft engine applications.
6. Die Perspektive von Yigu Technology auf Grate in der CNC-Bearbeitung
Bei Yigu Technology, we believe burr control is a “systematic engineering”—not just a tool or parameter issue. Many manufacturers focus on post-processing (spending $50,000+ on deburring equipment) but ignore source prevention, was zu unnötigen Kosten führt.
Wir empfehlen a 3-Schritt “Prevent-Optimize-Clean” framework:
- Prevent: Use AI-driven tool path simulation (our in-house software predicts burr risk with 90% Genauigkeit) to fix path flaws before machining.
- Optimize: For high-hardness materials (Titan, Edelstahl), we provide custom tool geometries (Z.B., variable helix angles) that reduce cutting force by 20-30%, minimizing burr formation.
- Sauber: Für komplexe Teile, Wir integrieren Roboter-Entgratung mit Force-Feedback und sorgen so für eine gleichmäßige Entfernung ohne Beschädigung der Teile (10x schneller als manuell).
Wir legen auch Wert auf Echtzeitüberwachung: Unsere intelligenten CNC-Systeme überwachen den Werkzeugverschleiß und die Schnittkraft, Warnt den Bediener, Werkzeuge auszutauschen oder Parameter anzupassen, bevor sich Grate bilden. Indem Grate als kontrollierbare Prozessvariable behandelt werden (kein unvermeidlicher Mangel), Hersteller erreichen können 99% Gratfreie Produktion und Kostensenkung 20-30%.
7. FAQ: Häufige Fragen zu Graten in der CNC-Bearbeitung
Q1: Kann ich Grate bei der CNC-Bearbeitung vollständig vermeiden?, oder ist immer eine Nachbearbeitung erforderlich??
Bei einfachen Teilen ist eine vollständige Gratvermeidung möglich (Z.B., flache Aluminiumplatten) with perfect tooling, Parameter, and materials—we’ve helped clients achieve 99.5% burr-free production for automotive components. Jedoch, Komplexe Teile (Z.B., mold cores with narrow gaps) often require light post-processing (Z.B., robotic brushing) to remove micro-burrs (<0.05mm). The goal is to minimize post-processing time to <1 minute/part.