CNC-Bearbeitung von Edelstahl: Die Art, Herausforderungen und Lösungen

Edelstahltypen

Austenitischer rostfreier Stahl

wird häufig austenitischer rostfreier Stahl verwendet. Er ist dafür bekannt, dass er nicht rostet, flexibel ist und sich leicht schweißen lässt. Er ist nicht magnetisch und kann durch Erhitzen nicht härter gemacht werden. Austenitische Stähle sind die Typen 304 und 316. Diese Stähle werden für viele verschiedene Arten von Werkzeugen verwendet, zum Beispiel für Gasmotoren in Fabriken und Gebäuden.

Ferritischer rostfreier Stahl

Ferritische nichtrostende Stähle enthalten etwa 12 % Chrom und sind aufgrund ihrer kubisch-raumzentrierten Kornstruktur magnetisch. Sie haben eine geringere Korrosions- und Hitzebeständigkeit als austenitische Stähle, sind aber widerstandsfähiger gegen Spannungsrisskorrosion. Ferritische Stähle, wie z. B. die Typen 430 und 446, werden häufig für Automobilteile und Küchengeräte verwendet.

Martensitischer rostfreier Stahl

Martensitische nichtrostende Stähle zeichnen sich durch ihre große Härte und Festigkeit aus, die durch Wärmebehandlung erhöht werden kann. Sie haben in der Regel eine schlechtere Korrosionsbeständigkeit als austenitische und ferritische Stähle. Martensitische Stähle, wie z. B. die Typen 410 und 420, werden aufgrund ihrer Härte- und Anlasseigenschaften für Bestecke, chirurgische Werkzeuge und Ventile verwendet.

Duplex-Edelstahl

Nichtrostende Duplexstähle haben eine Zusammensetzung, die eine Mischung aus austenitischen und ferritischen Phasen ist. Dadurch sind sie fester und widerstehen besser der Spannungsrisskorrosion. Außerdem enthalten sie weniger Molybdän und Nickel als austenitische Sorten, was sie billiger macht. Duplex-Sorten wie 2205 und 2507 werden in der Öl- und Gasindustrie, in der chemischen Industrie und in der Schifffahrt verwendet.

Ausscheidungshärtung von rostfreiem Stahl

Ausscheidungshärtende nichtrostende Stähle (PH-Stähle) zeichnen sich durch ihre hohe Festigkeit und hervorragende Korrosionsbeständigkeit aus. Durch Wärmebehandlung können sie gehärtet und ihre Streckgrenze erhöht werden. Zu den gebräuchlichen PH-Stählen gehören 17-4 PH und 15-5 PH, die aufgrund ihrer hohen Haltbarkeit und Zuverlässigkeit in Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt, in Öl- und Gasanlagen und in Kernreaktoren verwendet werden.

Auswahl der richtigen Edelstahl-Legierungssorte

SS Klasse 17-4

SS Grade 17-4 ist ein martensitischer rostfreier Stahl mit hoher Festigkeit und ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit. Er enthält bis zu 30 % Chrom, was ihn noch haltbarer macht. Die Fähigkeit dieser Legierung, feindlichen Umgebungen und hohen Belastungen standzuhalten, macht sie perfekt für den Einsatz in der Öl- und Gasindustrie, in Flugzeugturbinen und Kernreaktoren.

SS303

SS303 ist ein austenitischer rostfreier Stahl, der sehr leicht zu bearbeiten ist. Er ist nicht allzu teuer und rostet nicht, weshalb viele Menschen ihn für die Herstellung von Muttern, Bolzen, Schrauben, Flugzeugteilen und elektrischen Geräten verwenden. Allerdings kann er nicht im Meer verwendet werden, und durch Erhitzen wird er nicht härter.

SS304

SS304 ist eine der beliebtesten Edelstahlsorten auf dem Markt. Er bietet eine hervorragende Schweißbarkeit, Bearbeitbarkeit und Korrosionsbeständigkeit. Dadurch eignet er sich für eine Vielzahl von Anwendungen, wie z. B. Architektur, Wärmetauscher, Anlagen zur Lebensmittelverarbeitung und Automobilteile. Trotz seiner Flexibilität ist SS304 unter bestimmten Bedingungen anfällig für Spannungsrisskorrosion.

SS416

SS416 gilt als der am besten bearbeitbare rostfreie Stahl. Er weist eine mäßige Korrosionsbeständigkeit und eine gute Bearbeitbarkeit auf und ist daher ideal für Muttern, Schrauben, Wellen, Zahnräder, Ventile und Pumpen. Er eignet sich jedoch besser für den Einsatz in der Schifffahrt oder in chlorgesättigten Umgebungen und hat eine bessere Schweißbarkeit.

Vorteile von rostfreiem Stahl bei der CNC-Bearbeitung

Hohe Zugfestigkeit

Hohe Zugfestigkeit bedeutet, dass nichtrostender Stahl starken Zug- oder Biegekräften standhalten kann, ohne zu brechen. Diese Eigenschaft ist sehr wichtig für Gegenstände, die im Laufe ihres Lebens häufig gebogen und gerollt werden. Edelstahl ist fester als Baustahl, Messing und Aluminium. Das macht ihn zu einer guten Wahl für Teile, die stark sein und lange halten müssen.

Stabilität bei niedrigen Temperaturen

Bestimmte nichtrostende Stahlsorten sind auch bei niedrigen Temperaturen stabil. Austenitische Stähle zum Beispiel behalten ihre außergewöhnliche Zähigkeit und Zugfestigkeit auch unter 0 Grad Celsius bei. Dadurch eignet sich nichtrostender Stahl für den Einsatz unter kryogenen Bedingungen. Allerdings weisen nicht alle Edelstahlsorten diese Eigenschaft auf, so dass die Auswahl der richtigen Sorte für Ihre spezifischen Anforderungen entscheidend ist.

Korrosionsbeständigkeit

Die Tatsache, dass rostfreier Stahl nicht rostet, ist eine seiner besten Eigenschaften. Er rostet nicht und bekommt keine Flecken, selbst wenn er Wasser, Chemikalien und hohen oder niedrigen Temperaturen ausgesetzt ist. Da rostfreier Stahl Chrom enthält, das eine Schutzschicht auf der Oberfläche bildet, ist er sehr widerstandsfähig. Daher eignet sich Edelstahl sowohl für den Innen- als auch für den Außenbereich, da er lange hält und nicht viel Pflege braucht.

Herausforderungen bei der CNC-Bearbeitung von rostfreiem Stahl

Überhitzungsprobleme

Nichtrostender Stahl hat eine geringe Wärmeleitfähigkeit, weshalb er sich bei der Bearbeitung schnell erhitzt. Diese schnelle Erwärmung kann sowohl dem rostfreien Stahl als auch den verwendeten Werkzeugen schaden. Überhitzung kann zu Werkzeugverschleiß, geringerer Präzision und möglicherweise zu Materialverzug führen. Ein effektives Wärmemanagement ist entscheidend für die Qualität der bearbeiteten Teile.

Schwierigkeitsgrad der Oberflächenbehandlung

Die richtige Oberflächenbeschaffenheit von Bauteilen aus nichtrostendem Stahl zu erreichen, kann schwierig sein. Im Gegensatz zu anderen Metallen beeinflusst die Oberflächenbeschaffenheit von Edelstahl nicht nur sein Aussehen, sondern auch seine Korrosionsbeständigkeit, seine elektrischen Eigenschaften und seine Schweißbarkeit. Die Wahl der richtigen Oberflächenbehandlungsverfahren und die Einhaltung von Präzisionsstandards sind entscheidend dafür, dass das fertige Produkt den geforderten Standards gerecht wird.

Hohes technisches Fachwissen erforderlich

Die Bearbeitung von rostfreiem Stahl erfordert ein hohes Maß an technischem Können und Verständnis. Ein falsches Schneidwerkzeug, eine falsche Geschwindigkeit oder eine falsche Technik können das Material schnell beschädigen. Die harte Beanspruchung und die Langlebigkeit von rostfreiem Stahl machen ihn zu einem schwierigen Werkstoff für Maschinen. Daher sind geschultes Personal und Ausrüstung erforderlich, um optimale Ergebnisse zu erzielen.

Herausforderungen bei der Bearbeitung von rostfreiem Stahl überwinden

Die Auswahl der richtigen Werkzeuge

Die Wahl der richtigen Werkzeuge ist entscheidend für eine erfolgreiche Bearbeitung von rostfreiem Stahl. Hochwertige Schaftfräser und Bohrer, z. B. aus Molybdän- oder Wolfram-Schnellstahl (HSS), halten den Belastungen bei der Bearbeitung mit geringem Verschleiß stand. Diese Werkzeuge verbessern auch die Oberflächenpolitur. Vermeiden Sie den Einsatz von Werkzeugen, die schnell verschleißen, da sie die Bearbeitungsgeschwindigkeit verringern und die Herstellungskosten erhöhen.

Handhabung der Wärmeerzeugung

Das Wärmemanagement ist entscheidend für die Vermeidung von Maschinenproblemen. Für einen effizienten Wärmehaushalt sollten Sie die Schnittgeschwindigkeit reduzieren und Kühlmittel verwenden. Kühlmittel helfen, die Wärme zu verteilen und das Material intakt zu halten. Beginnt das Material während der Bearbeitung zu überhitzen, ist es besser, die Bearbeitung zu unterbrechen und es abkühlen zu lassen, bevor man fortfährt. Diese Methode verbessert die Präzision und verhindert Schäden.

Bildung von Chips verwalten

Die Spanbildung kann beim Schneiden von rostfreiem Stahl ein großes Problem darstellen. Die Verwendung von Hack- und Spanbrecherzyklen verbessert die Spanbildung und verhindert langwierige, fadenförmige Späne. Die regelmäßige Überprüfung der Werkzeuge auf Verschleiß ist ebenfalls wichtig, da abgenutzte Werkzeuge mehr Späne erzeugen. Die Umsetzung dieser Grundsätze kann die Effizienz des Bearbeitungsprozesses erhöhen und gleichzeitig die Qualität des Endprodukts verbessern.

Häufige Probleme und Lösungen bei der Bearbeitung von Edelstahl

Überhitzung

Aufgrund seiner schlechten Wärmeleitfähigkeit neigt nichtrostender Stahl bei der Bearbeitung zu Überhitzung. Dies kann zu Werkzeugverschleiß und Materialverformung führen. Um Überhitzung zu vermeiden, überwachen Sie die Werkstücktemperatur und verwenden Sie geeignete Kühlmittel. Die Verringerung der Schnittgeschwindigkeit und die Verwendung scharfer Werkzeuge können ebenfalls dazu beitragen, die Wärmeentwicklung zu verringern.

Werkzeugverschleiß

Rostfreier Stahl ist ein steifes Material, das zu einem schnellen Werkzeugverschleiß führen kann. Hochwertige, langlebige Werkzeuge, wie z. B. aus Schnellarbeitsstahl (HSS) oder Hartmetall, können die Lebensdauer der Werkzeuge erhöhen. Die regelmäßige Überprüfung und der Austausch abgenutzter Werkzeuge ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Bearbeitungspräzision und die Vermeidung von Fehlern im Endprodukt.

Chip-Kontrolle

Die Spanbildung kann beim Schneiden von rostfreiem Stahl ein Problem darstellen, da lange, fadenförmige Späne entstehen, die die Maschine blockieren können. Der Einsatz von Hackzyklen und Spänebrechern kann das Spänemanagement unterstützen. Die Sicherstellung einer ordnungsgemäßen Späneabfuhr fördert den reibungslosen Betrieb und verringert Maschinenschäden.

Lösungen für eine effektive CNC-Bearbeitung von Edelstahl

Auswahl geeigneter Werkzeugmaterialien

Die Auswahl des richtigen Werkzeugmaterials ist entscheidend für das effiziente Schneiden von rostfreiem Stahl.

Hochgeschwindigkeitsstahl (HSS)

Werkzeuge aus Schnellarbeitsstahl sind stabil und können hohen Temperaturen standhalten, ohne an Härte zu verlieren. Sie eignen sich für eine Vielzahl von Bearbeitungsverfahren, wie Bohren und Fräsen.

Zementierte Hartmetalle

Hartmetallwerkzeuge sind eine hervorragende Alternative zu HSS, wenn höhere Vorschübe oder Geschwindigkeiten erforderlich sind. Diese Werkzeuge erzeugen eine hervorragende Politur und haben eine längere Standzeit, was sie perfekt für Hochproduktionsumgebungen macht.

Optimierung der Werkzeuggeometrie

Die Werkzeuggeometrie ist entscheidend für die Effizienz von Bearbeitungsvorgängen.

Schruppwerkzeuge

Schruppwerkzeuge sind dazu gedacht, große Mengen an Material schnell abzutragen. Sie zeichnen sich durch eine robuste Konstruktion aus, die den hohen Belastungen während der ersten Bearbeitungsphasen standhalten kann.

Fertigstellungswerkzeuge

Schlichtwerkzeuge haben eine feinere Geometrie, die zu einer besseren Oberflächengüte führt. Sie werden in den letzten Phasen der Bearbeitung eingesetzt, um die erforderliche Präzision und Schönheit zu erreichen.

Schneidwerkzeuge

Schlitzwerkzeuge sind dazu bestimmt, Schlitze in Materialien zu erzeugen. Sie haben ein einzigartiges Design, das eine schnelle Spanabfuhr und präzises Schneiden ermöglicht.

Hochleistungsfräswerkzeuge

Hocheffiziente Fräswerkzeuge sind darauf ausgelegt, die Produktion zu steigern und gleichzeitig die Präzision zu erhalten. Sie bieten höhere Zerspanungsraten und hervorragende Oberflächengüten.

Kontrolle der Schnittparameter

Die korrekte Kontrolle der Schnittparameter ist für eine erfolgreiche Bearbeitung entscheidend.

Schneidgeschwindigkeit (SFM)

Die Beibehaltung der richtigen Schnittgeschwindigkeit fördert einen effizienten Materialabtrag und verringert den Werkzeugverschleiß. Stellen Sie die Drehzahl je nach Härte des Materials und der Art der Bearbeitung ein.

Feed Rate

Um ein Gleichgewicht zwischen Zerspanungsleistung und Werkzeugstandzeit zu erreichen, stellen Sie die Vorschubgeschwindigkeit ein. Ein höherer Vorschub kann die Produktivität steigern, aber bei falscher Anwendung auch den Werkzeugverschleiß erhöhen.

Tiefe des Schnitts

Die Schnitttiefe sollte so festgelegt werden, dass keine übermäßige Kraft auf das Werkzeug oder das Material ausgeübt wird. Es geht darum, ein Gleichgewicht zu erreichen, das einen effizienten Materialabtrag ermöglicht, ohne die Integrität des Werkzeugs zu gefährden.

Verwendung von Kühlmitteln

Kühlmittel spielen eine wichtige Rolle bei der Beherrschung der Wärmeentwicklung während der Bearbeitung. Sie helfen dabei:

• Reduzieren Sie die Reibung zwischen dem Schneidwerkzeug und dem Material.
• Senken Sie die Temperatur der Schneidzone.
• Verbessern Sie die Lebensdauer der Werkzeuge durch Minimierung des Verschleißes.
• Verbesserung der Oberflächengüte durch Vermeidung von Überhitzung und Materialverformung.

Vermeidung von Werkstückverformungen

Um eine Verformung des Werkstücks zu vermeiden, ist es wichtig, dass:

• Verwenden Sie starre Werkzeugaufbauten, um Vibrationen zu minimieren.
• Achten Sie auf richtiges Einspannen, um sicherzustellen, dass das Werkstück sicher festgehalten wird.
• Überwachen Sie die Schnittparameter und passen Sie sie an, um eine übermäßige Belastung des Werkstücks zu vermeiden.

Oberflächenveredelungsoptionen für Edelstahl

Polieren

Beim Polieren werden die Verbindungsflächen von nichtrostendem Stahl poliert. Dabei entsteht eine glatte, glänzende Oberfläche. Die meisten Bauteile aus rostfreiem Stahl haben eine Hochglanzoberfläche der Nummern 3, 4 oder 8. Eine Hochglanzoberfläche ist beliebt, weil sie das Licht reflektiert und ein poliertes, glattes Aussehen erzeugt. Polierte Oberflächen werden häufig dort verwendet, wo Ästhetik wichtig ist, z. B. bei Konsumgütern und Dekorationsartikeln.

Sprengen und Beizen

Strahlen und Beizen werden eingesetzt, um eine matte Oberfläche zu erzielen. Dieses Verfahren umfasst eine mechanische Reinigung durch Perlstrahlen, gefolgt von einer chemischen Reinigung in einem Edelstahl-Passivierungsbecken. Das Ergebnis ist ein modernes, industrielles Aussehen, das Unvollkommenheiten verbergen kann. Diese Oberfläche wird bevorzugt bei Schiffsprojekten und anderen Anwendungen eingesetzt, die rauen Wetterbedingungen ausgesetzt sind.

Bürsten

Gebürsteter rostfreier Stahl wird durch einen leichten Abrieb erzeugt, der ihm ein besonderes Aussehen verleiht. Die gebürstete Oberfläche ist silbergrau mit dünnen Linien auf der Oberfläche. Diese Oberfläche reflektiert das Licht nicht so stark wie eine polierte Oberfläche, was zu einem schlichteren, raffinierteren Erscheinungsbild führt. Sie wird häufig bei Geräten, architektonischen Elementen und in der Innenarchitektur verwendet.

Etching

Beim Ätzen werden Chemikalien auf die Oberfläche von rostfreiem Stahl aufgebracht, um Muster oder Texturen zu erzeugen. Diese Technik kann zu komplizierten Mustern führen, die sowohl dekorativ als auch praktisch sind. Geätzte Oberflächen werden häufig für Beschilderungen, Kunstinstallationen und maßgefertigte Beschläge verwendet. Dieses Verfahren ermöglicht eine kreative Anpassung und kann die optische Attraktivität von Gegenständen aus nichtrostendem Stahl verbessern.

Galvanisieren

Unter Galvanisieren versteht man das Aufbringen einer dünnen Schicht eines anderen Metalls auf eine Edelstahloberfläche mit Hilfe von elektrischem Strom. Dieses Verfahren kann die Korrosionsbeständigkeit und die Ästhetik von nichtrostendem Stahl verbessern. Chrom, Nickel und Gold sind gängige Metalle, die für die Galvanisierung verwendet werden. Galvanische Beschichtungen sind in der Automobil-, Schmuck- und Unterhaltungselektronikindustrie weit verbreitet, da sie die Haltbarkeit und das Erscheinungsbild verbessern.

Faktoren, die bei der Wahl von Edelstahl zu beachten sind

Zugfestigkeit

Bei der Auswahl von nichtrostendem Stahl für ein Projekt ist die Zugfestigkeit wichtig. Die Kenntnis der Drücke und Belastungen, denen die Bauteile ausgesetzt sein werden, hilft bei der Auswahl eines Werkstoffs, der diesen Belastungen standhält, ohne zu versagen. Ein Vergleich der Zugfestigkeit verschiedener Stahlsorten hilft Ihnen, ungeeignete Lösungen auszuschließen.

Härteanforderungen

Wenn Ihr Projekt Bauteile mit bestimmten Härtegraden erfordert, prüfen Sie, ob das Material wärmebehandelt werden kann, um die erforderlichen Eigenschaften zu erreichen. Austenitische nichtrostende Stähle können nicht durch Wärmebehandlung gehärtet werden, was ihre Verwendung in einigen Anwendungen einschränken kann. Ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Härte und anderen mechanischen Eigenschaften ist entscheidend für eine optimale Leistung.

Magnetische Eigenschaften

Für Projekte, bei denen es um Magnetismus geht, ist es wichtig zu wissen, dass austenitische nichtrostende Stähle aufgrund ihrer Mikrostruktur nicht magnetisch sind. Im Gegensatz dazu sind ferritische und martensitische nichtrostende Stähle magnetisch. Dieser Unterschied ist wichtig für Anwendungen in elektronischen Komponenten und medizinischen Geräten, bei denen magnetische Störungen reduziert werden müssen.

Kostenerwägungen

Kosten sind zwar immer eine wichtige Überlegung, aber es ist wichtig, die gesamten Projektkosten und nicht nur die Materialkosten zu betrachten. Reduzieren Sie die Anzahl der Bearbeitungsvorgänge und vereinfachen Sie die Konstruktion der Komponenten, um Geld zu sparen. Vermeiden Sie es außerdem, zu spezielle Sorten oder Markenmaterialien anzufordern, da diese die Preise und Vorlaufzeiten erhöhen könnten.

Schlussfolgerung

Edelstahl ist ein hervorragendes Material für die CNC-Bearbeitung, da es stabil, korrosionsbeständig und optisch ansprechend ist. Seine hohe Zugfestigkeit, niedrige Temperaturstabilität und die Fähigkeit, widrige Bedingungen zu tolerieren, machen ihn zu einer idealen Option für eine Vielzahl von Anwendungen. Es birgt jedoch auch Schwierigkeiten wie Überhitzung, Werkzeugverschleiß und das Erreichen der richtigen Oberflächenqualität.

Da das Schneiden von rostfreiem Stahl so schwierig ist, ist es sehr wichtig, mit einer vertrauenswürdigen und erfahrenen CNC-Werkstatt zusammenzuarbeiten. Die damit verbundenen Probleme können von erfahrenen Maschinenbedienern gelöst werden, die über die richtigen Werkzeuge und das nötige Know-how verfügen. Die richtige Werkstatt weiß, wie man die richtigen Werkstoffe auswählt, die Zerspanungseinstellungen kontrolliert, mit der Hitze umgeht und wirksame Maßnahmen zur Spankontrolle ergreift.