Kupfer ist ein äußerst vorteilhafter Präzisionswerkstoff für die CNC-Bearbeitung, der sich durch eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit auszeichnet. Dank seiner hervorragenden elektrischen und thermischen Eigenschaften, seiner guten Verformbarkeit und des geringen Zerspanungswiderstands ermöglicht es eine Bearbeitung mit hoher Präzision und erstklassiger Oberflächengüte. Es eignet sich ideal für Anwendungen in der Elektronik, der Energietechnik, dem Thermomanagement, der Halbleitertechnik sowie bei Mikrowellenkomponenten und findet breite Verwendung bei der Herstellung verschiedenster Präzisionsbauteile für die Strom- und Wärmeübertragung.
Hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit: Es steht an zweiter Stelle nach Silber und ist damit das bevorzugte Material für elektronische, elektrische und wärmeableitende Bauteile.
Hohe Plastizität und relative Weichheit: Zeigt geringen Schnittwiderstand und hohe Effizienz bei der CNC-Bearbeitung und minimiert gleichzeitig den Werkzeugverschleiß.
Ermöglicht hochpräzise Bearbeitung: Erzielt stets eine hohe Maßgenauigkeit und hervorragende Oberflächenqualität.
Hervorragende Formbarkeit: Ermöglicht die Herstellung von Präzisionsteilen mit komplexen Hohlräumen, dünnen Wänden und filigranen Mikrostrukturen.
Breites Anwendungsspektrum: Weit verbreitet in der High-End-Präzisionsfertigung, unter anderem in den Bereichen Elektronik, Elektrogeräte, Kühlkörper, Halbleiter und Mikrowellengeräte.
Merkmale: Sauerstoffgehalt ≤ 0,001 %. Das Material zeichnet sich durch extrem hohe Reinheit aus und durchläuft ein spezielles Verfahren zur Entfernung des überwiegenden Teils des Sauerstoffs. Es weist eine hervorragende Beständigkeit gegen Wasserstoffversprödung sowie eine ausgezeichnete Schweißbarkeit auf und bleibt auch in Hochtemperatur- oder wasserstoffreichen Umgebungen äußerst widerstandsfähig gegen Sprödbruch.
Anwendungen: Hochwertige Schweißbaugruppen, Vakuumkammern, Präzisionsbauteile für die Luft- und Raumfahrt, hochpräzise Funkenerosions-Elektroden (EDM), medizinische Präzisionskatheter sowie weitere Anwendungen, bei denen außergewöhnlich hohe Anforderungen an Reinheit und Stabilität gestellt werden.
Merkmale: Mit einem Sauerstoffgehalt von ≤0,003 % sind seine Reinheit und Beständigkeit gegen Wasserstoffversprödung etwas geringer als bei TU1. Da es in einem speziellen Verfahren hergestellt wird, bei dem der Großteil des Sauerstoffs entfernt wird, bietet es eine hervorragende Wirtschaftlichkeit. Es zählt zu den am häufigsten verwendeten Sorten von sauerstofffreiem Kupfer und eignet sich für Bauteile, bei denen moderate Anforderungen an das Schweißen sowie an den Betrieb bei hohen Temperaturen gestellt werden.
Anwendungen: Anwendungen mit mittleren Anforderungen, wie etwa Chemieventile, geschweißte Rohrleitungen und Hochtemperatur-Wärmetauscher; zudem dient es als Elektrodenmaterial für die Funkenerosion (EDM) bei anspruchsvollen Formen sowie für medizinische Präzisionsbauteile.
Merkmale: Der Cu+Ag-Gehalt liegt bei ≥99,95 % bei extrem niedrigen Verunreinigungswerten (≤0,05 %). Das Material enthält Spuren von Sauerstoff (typischerweise ≤0,05 %) und ist praktisch frei von schädlichen Verunreinigungen, welche die elektrische und thermische Leitfähigkeit beeinträchtigen würden. Als hochreines Kupfer (Ultra-High-Purity Copper) eingestuft, bietet es ein hervorragendes Preis-Leistungs-Verhältnis und eignet sich somit ideal für High-End-Anwendungen.
Anwendungen: Anwendungen im Bereich hochreiner leitfähiger Komponenten und Vakuumtechnik sowie Einsatzgebiete im High-End-Sektor, etwa für elektronische Präzisionsbauteile, Bauteile zur Hochfrequenzsignalübertragung in der Unterhaltungselektronik, Kupferschienen für Leiterplatten und leitfähige Anschlusselemente.
Merkmale: Der Cu+Ag-Gehalt beträgt ≥99,90 %, während der Gehalt an Verunreinigungen etwas höher ist als bei der Sorte T1. Das Material enthält Spuren von Sauerstoff (typischerweise ≤0,05 %). Es handelt sich hierbei um die derzeit vielseitigste und am weitesten verbreitete Sorte von Rein-Kupfer in der Industrie; sie bietet eine hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit bei hoher Wirtschaftlichkeit und eignet sich daher für Anwendungen in zahlreichen Bereichen.
Anwendungen: Für allgemeine Anwendungen wie Drähte und Kabel, Stromschienen, Wärmetauscher und Standard-Steckverbinder in der Elektronik; zudem eignet es sich hervorragend als Material für Funkenerosions-Elektroden (Kupfer-„Stopfen“), die mit verschiedensten Formtypen kompatibel sind, sowie für Bauteile wie Automatisierungsvorrichtungen und Schweißelektrodenspitzen.
Merkmale: Der Cu+Ag-Gehalt beträgt ≥99,70 %, während der Gehalt an Verunreinigungen relativ hoch ist. Das Material enthält Spuren von Sauerstoff (typischerweise ≤0,05 %). Die elektrische und thermische Leitfähigkeit sind etwas geringer als bei den Sorten T1 und T2; aufgrund der niedrigen Kosten eignet es sich jedoch für allgemeine Bauteile, an die keine besonders hohen Leistungsanforderungen gestellt werden.
Anwendungen: Einfache Bauteile wie Kupferhalterungen, Sockel, Standardrohrleitungen und Positionierbuchsen für Formen – insbesondere bei Anwendungen, bei denen keine hohe Präzision und hervorragende elektrische Leitfähigkeit erforderlich sind.
Um den spezifischen Herausforderungen bei der Bearbeitung von Rein-Kupfer – insbesondere dessen Weichheit, hoher Duktilität, Neigung zum Anhaften an Schneidwerkzeugen sowie der schwierigen Spanabfuhr – zu begegnen, müssen bei der CNC-Bearbeitung vier Kernbereiche im Fokus stehen: Werkzeugauswahl, Schnittparameter, Kühlung und Schmierung sowie Prozesssteuerung. Dieser Ansatz gewährleistet eine optimale Bearbeitungspräzision, Oberflächengüte und Effizienz. Die spezifischen Anforderungen sind im Folgenden aufgeführt:
Werkzeugauswahl und Parameteroptimierung:
Schneidwerkzeuge bilden das Herzstück der CNC-Bearbeitung von Rein-Kupfer; dabei ist Werkzeugen der Vorzug zu geben, die speziell für die Bearbeitung von Nichteisenmetallen ausgelegt sind – gekennzeichnet durch Antihaft-Eigenschaften und Verschleißfestigkeit – und deren geometrische Parameter zudem optimiert wurden. Hinsichtlich der Werkzeugwahl sind unbeschichtete Wolfram-Kobalt-Hartmetallwerkzeuge (Qualität YG6/YG8, mit fein polierter Schneide) oder PKD-Diamantwerkzeuge zu bevorzugen; beide Varianten bieten eine hervorragende Schlag- und Verschleißfestigkeit und verhindern wirksam das Anhaften von Material am Werkzeug. Demgegenüber ist der Einsatz von Werkzeugen mit Beschichtungen auf Titanbasis – etwa TiN oder TiAlN – strikt zu vermeiden, da diese Beschichtungen zur Reaktion mit Kupfer neigen und somit die Problematik des Materialanhaftens verschärfen. Die geometrischen Parameter erfordern gezielte Anpassungen: Der Spanwinkel sollte im Bereich von 18° bis 25° liegen, um die Schnittkräfte zu minimieren und das Anhaften zu verringern; die Spanbrechernut sollte breit und flach ausgeführt sein, um das Einrollen und die Abfuhr der Späne zu begünstigen; und der Schneidkantenradius muss unter 0,02 mm gehalten werden, um die Schärfe der Schneide zu gewährleisten und ein Ausreißen der Kupferoberfläche zu verhindern.
Einstellungen der Schnittparameter:
Die Schnittparameter müssen gezielt auf den jeweiligen Bearbeitungsprozess abgestimmt werden, wobei der Grundsatz „hohe Spindeldrehzahl, mittlerer Vorschub und geringe Schnitttiefe“ zu beachten ist, um die Wärmeentwicklung und das Risiko des Anhaftens am Werkzeug zu minimieren. Als Richtwerte für die Bearbeitung von Rein-Kupfer mit Hartzeugzeugen gelten:
| Prozess | Schnittgeschwindigkeit Vc (m/min) | Vorschub pro Zahn Fz (mm/Zahn) |
| Vorfräsen | 100–150 | 0,06–0,10 |
| Schlichtfräsen | 150–200 | 0,03–0,06 |
| Drehen | 80–120 | 0,08–0,12 |
Anforderungen an Kühlung und Schmierung:
Bei der CNC-Bearbeitung von Reinkupfer ist Trockenbearbeitung streng untersagt. Die Grundprinzipien für Kühlung und Schmierung bei diesem Verfahren lauten: „ausreichende Kühlung, Verhinderung von Werkzeuganhaftungen und Vermeidung von Korrosion“. Es ist entscheidend, schwefelfreie oder schwefelarme Emulsionen – oder halbsynthetische Kühlschmierstoffe – mit einer Konzentration zwischen 5 % und 10 % zu verwenden. Diese Medien sollten als gerichteter Hochleistungsstrahl direkt in die Schnittzone geleitet werden, um eine gründliche Kühlung an der Kontaktstelle zwischen Schneide und Werkstück zu gewährleisten und so durch übermäßige Schnitttemperaturen bedingte Werkzeuganhaftungen zu minimieren. Gleichzeitig muss auf chlorhaltige Hochdruckadditive (EP-Additive) verzichtet werden, um Korrosion an der Oberfläche des Reinkupfers zu vermeiden. Bei Bedarf kann Druckluft eingesetzt werden, um Späne abzublasen; dies verhindert, dass sich ansammelnde Späne die Werkstückoberfläche zerkratzen, und gewährleistet einen reibungslosen Spanabtransport.
Prozesssteuerung:
Eine geeignete Prozessführung kann Werkstückverformungen und Oberflächenfehler wirksam minimieren und gleichzeitig die Bearbeitungspräzision steigern. Hinsichtlich der Strategien für den Werkzeugeintritt ist das Gleichlauffräsen zu bevorzugen; dies reduziert die Schnittkräfte und verhindert bei Kupferwerkstoffen ein Ausreißen der Oberfläche, wodurch Schäden am Werkstück durch direktes vertikales Eintauchen vermieden werden. Bei dünnwandigen Bauteilen aus Reinkupfer ist der Einsatz von Weichbacken und zusätzlichen Stützen unerlässlich, um die Spannkräfte zu minimieren und Verformungen unter Belastung zu verhindern. Schrupp- und Schlichtvorgänge müssen strikt voneinander getrennt werden: Das Schruppen dient dem schnellen Abtrag des Großteils des Materials, wobei ein Schlichtaufmaß von 0,3–0,5 mm verbleibt; für den Schlichtgang sollte ein scharfes, neues Werkzeug verwendet werden, um die geforderte Oberflächenrauheit und Maßhaltigkeit zu gewährleisten. Bei der Programmierung sollten spezifische Routinen für häufiges Werkzeugrückziehen und Spanabfuhr integriert werden, um zu verhindern, dass sich lange Späne im Werkzeug verfangen, und so sowohl die Bearbeitungseffizienz als auch die Oberflächenqualität zu sichern.
Anschluss aus reinem Kupfer
Anschlussklemmen aus reinem Kupfer
Kühlkörper aus reinem Kupfer
Schraube aus reinem Kupfer
Leitfähiger Stab aus reinem Kupfer
Anschluss aus reinem Kupfer
CNC-Bearbeitung von Kupferteilen
CNC-Bearbeitung von Kupferteilen
A: Die Hauptursachen sind Werkzeugverschleiß (Stumpfheit), unzureichende Kühlung und übermäßige Schnitttemperaturen. Da Kupfer sehr duktil und anfällig für Adhäsion ist, verbindet es sich leicht mit dem Werkzeug, was zur Bildung von Aufbauschneiden oder zum direkten Festkleben des Werkzeugs führt. Zu den Lösungsansätzen gehören der rechtzeitige Austausch gegen ein scharfes Werkzeug, die Erhöhung des Kühlsystemdrucks – um sicherzustellen, dass der Kühlschmierstoff für eine wirksame Kühlung direkt in die Schnittzone geleitet wird – sowie die gleichzeitige, angemessene Reduzierung der Schnitttiefe, um den Wärmestau zu minimieren.
A: Dies ist hauptsächlich auf einen zu geringen Vorschub oder eine ungünstig gestaltete Spanbrechergeometrie am Werkzeug zurückzuführen, wodurch sich die Späne nicht richtig einrollen und abführen lassen. Sie können dem entgegenwirken, indem Sie den Zahnvorschub entsprechend erhöhen und die Schnittparameter an die spezifischen Bearbeitungseigenschaften von Rein-Kupfer anpassen. Verwenden Sie zudem ein Werkzeug mit einem breiteren, flacheren Spanbrecherprofil, um das Einrollen und den Bruch der Späne zu begünstigen und so ein Verheddern zu verhindern.
A: Diese Probleme werden häufig durch ungeeignete Schnittparameter (wie etwa einen zu hohen Vorschub) oder Werkzeugvibrationen verursacht, die zu Instabilität an der Schneidkante führen. Zu den Lösungsansätzen gehören die Verringerung des Zahnvorschubs und eine entsprechende Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit, um die Parameter optimal aufeinander abzustimmen. Überprüfen und korrigieren Sie zudem einen eventuellen Rundlauffehler, stellen Sie eine sichere Werkzeugspannung sicher und minimieren Sie Vibrationen, um einen ruhigen Schnitt zu gewährleisten und so das Ausreißen der Oberfläche sowie Gratbildung zu verhindern.
A: Diese Probleme sind typischerweise auf übermäßige Schnittkräfte, eine zu feste Spannung oder die Wärmeausdehnung des Werkstücks während des Bearbeitungsvorgangs zurückzuführen. Abhilfe schaffen hier die Optimierung der Spannmethode – insbesondere durch Reduzierung der Spannkraft (unter Verwendung weicher Spannbacken und zusätzlicher Stützen bei dünnwandigen Teilen) – sowie die Verringerung der Schnitttiefe zur Senkung der Schnittkräfte. Zudem sollte der Durchfluss des Kühlschmierstoffs erhöht werden, um eine ausreichende Kühlung des Werkstücks zu gewährleisten und so die Auswirkungen der Wärmeausdehnung auf die Maßhaltigkeit zu minimieren.
A: Die Hauptursachen sind eine ungeeignete Wahl des Werkzeugmaterials, übermäßige Schnittparameter oder unzureichende Kühlung; all dies führt aufgrund von Überhitzung zu vorzeitigem Werkzeugverschleiß. Als Lösung empfiehlt sich vorrangig der Einsatz von PKD-Werkzeugen (polykristalliner Diamant) oder Hartmetallwerkzeugen der Sorte YG6/YG8 (Wolframkarbid-Kobalt), während auf Werkzeuge aus Schnellarbeitsstahl (HSS) verzichtet werden sollte. Zudem sollten die Bearbeitungsparameter optimiert werden, indem Schnittgeschwindigkeit und Schnitttiefe entsprechend reduziert werden; gleichzeitig ist der Durchfluss des Kühlschmierstoffs zu erhöhen, um eine ausreichende Werkzeugkühlung zu gewährleisten und den durch hohe Temperaturen bedingten Verschleiß zu minimieren.
A: Dieses Problem wird hauptsächlich durch die Verwendung ungeeigneter Kühlschmierstoffe, eine nicht zeitnahe Reinigung des Werkstücks nach der Bearbeitung oder die Lagerung in einer feuchten, schwefelhaltigen Umgebung verursacht. Um Korrosion zu vermeiden, sollten Sie schwefelfreie oder schwefelarme Kühlschmierstoffe verwenden. Wischen Sie das Werkstück nach der Bearbeitung sofort ab, um Rückstände des Kühlschmierstoffs zu entfernen. Tragen Sie für eine kurzzeitige Lagerung ein Rostschutzöl auf; für eine langfristige Lagerung sollte das Werkstück in einer trockenen, schwefelfreien Umgebung aufbewahrt werden. Sollte bereits eine leichte Oxidation aufgetreten sein, lässt sich diese durch Abwischen der Oberfläche mit einem weichen Tuch und einem speziellen Kupferpflegemittel entfernen.
