Die CNC-Bearbeitung von rostfreiem und säurebeständigem Stahl erfordert eine wesentlich strengere Prozesskontrolle als die Bearbeitung von Standard-Baustählen. Diese Werkstoffe werden häufig in Umgebungen eingesetzt, die eine hohe Korrosionsbeständigkeit erfordern, stellen jedoch beim Zerspanen zahlreiche technologische Herausforderungen dar.
Die Grundlagen der CNC-Bearbeitung von „Standardstahl“ beschreiben wir in einem separaten Artikel, während rost- und säurebeständige Stähle einen anderen Ansatz hinsichtlich der Zerspanungsparameter und der Prozessstabilität erfordern.
Entscheidend ist die Prozessstabilität: die Auswahl der Werkzeuge, die Temperaturkontrolle und die Begrenzung der Kaltverfestigung. Selbst geringfügige Abweichungen bei den Parametern können die Oberflächenqualität beeinträchtigen und die Standzeit der Werkzeuge verkürzen.
Bei SIM Gdynia realisieren wir Projekte, die eine präzise CNC-Bearbeitung von rostfreien Stählen für die Medizin-, Energie- und Schifffahrtsbranche erfordern. In diesem Artikel teilen wir unsere Erfahrungen und zeigen die wichtigsten Herausforderungen bei der Bearbeitung dieser Werkstoffe auf.
Warum die CNC-Bearbeitung von Edelstahl anspruchsvoll ist
Edelstähle zeichnen sich durch Eigenschaften aus, die beim Zerspanen zu technologischen Schwierigkeiten führen können. Das Verständnis dieser Phänomene ist die Grundlage für eine korrekte Planung des Produktionsprozesses.
Edelstähle gehören zu den am häufigsten bearbeiteten Werkstoffgruppen in der Industrie – wir beschreiben dies ausführlicher in unserem Artikel über die am häufigsten verwendeten Werkstoffe in der CNC-Bearbeitung.
Geringe Wärmeleitfähigkeit
Edelstähle leiten Wärme deutlich schlechter ab als Aluminium oder Baustähle. Infolgedessen verbleibt ein großer Teil der beim Zerspanen entstehenden Energie im Werkzeug und im Span.
Bei falsch gewählten Bearbeitungsparametern überhitzt sich die Schneidkante schnell, was zu einer Verformung der Schneide und einer Verkürzung der Standzeit des Werkzeugs führt.
Eine zusätzliche Herausforderung ist die Verhärtung des Materials während der Bearbeitung, was das weitere Zerspanen erschweren und den Werkzeugverschleiß beschleunigen kann.
Aufbau an der Schneidkante
Austenitische Stähle sind plastische Werkstoffe. Während der Bearbeitung können sich kleine Materialpartikel an der Schneidkante des Werkzeugs festsetzen und einen sogenannten Aufbau bilden.
Dieser verändert die Geometrie der Schneide, was sich negativ auf die Oberflächenrauheit und die Einhaltung der Maßtoleranzen auswirkt.
Die Eigenschaften austenitischer Stähle, wie geringe Wärmeleitfähigkeit, Neigung zur Kaltverfestigung und zur Bildung von Aufbauten an der Schneide, erschweren den Zerspanungsprozess erheblich. Das Verständnis dieser Phänomene ermöglicht die richtige Auswahl der Werkzeuge und der CNC-Bearbeitungsparameter und verringert das Risiko von Prozessinstabilitäten.
Strategien zur Bearbeitung von rostfreiem Stahl
Eine stabile CNC-Bearbeitung von rostfreien Stählen erfordert den Einsatz geeigneter Werkzeuge, Kühlung und Schnittparameter.
Werkzeugbeschichtungen
Bei der Bearbeitung von AISI 304- und 316-Stahl werden häufig Werkzeuge mit AlTiN- oder TiAlN-Beschichtungen verwendet, die sich durch eine hohe Temperaturbeständigkeit auszeichnen.
Diese Beschichtungen bilden eine Schutzschicht aus Aluminiumoxid, die als Wärmeisolator wirkt und das Hartmetall vor Verschleiß schützt.
Hochdruckkühlung
Beim Tieffräsen reicht die Standardkühlung möglicherweise nicht direkt bis in die Schnittzone. Der Einsatz einer Hochdruck-Spindelkühlung ermöglicht eine effektive Spanabfuhr und Temperaturstabilisierung.
Schnittparameter
Die Auswahl der Schnittparameter für Edelstahl unterscheidet sich erheblich von den für Baustähle verwendeten Parametern.
| Bearbeitungsparameter | Kohlenstoffstahl (z. B. S235) | Edelstahl / säurebeständiger Stahl |
| Schnittgeschwindigkeit (Vc) | 200–300 m/min | 60–120 m/min |
| Vorschub pro Zahn (fz) | größer | mäßig und stabil |
| Prozessstabilität | hoch | entscheidend für die Qualität |
Niedrigere Schnittgeschwindigkeiten sind erforderlich, um eine Überhitzung des Werkzeugs zu vermeiden und die Prozessstabilität zu gewährleisten.
Die stabile CNC-Bearbeitung von rostfreien Stählen erfordert eine geeignete Werkzeugauswahl, eine effektive Kühlung sowie die richtigen Schnittparameter. Erst die Kombination dieser Faktoren gewährleistet die Standzeit des Werkzeugs und die Wiederholbarkeit der Werkstückqualität.
Kontrolle der chemischen Zusammensetzung des Materials
Bei Projekten für die Energie- oder Medizinbranche bietet die Materialdokumentation allein nicht immer vollständige Gewissheit über die Materialzusammensetzung.
Deshalb überprüfen wir bei SIM Gdynia die Stahlsorte mit einem Spektrometer, das eine schnelle Bestimmung des Gehalts an Schlüsselelementen wie Chrom, Nickel oder Molybdän ermöglicht.
Der Unterschied zwischen diesen Stahlsorten besteht unter anderem im Vorhandensein von Molybdän in der zweiten Sorte, was die Korrosionsbeständigkeit in chloridhaltiger Umgebung deutlich erhöht.
Ausführlicher über diese Methode der Materialprüfung berichten wir in unserem Artikel über die Untersuchung der chemischen Zusammensetzung von Materialien mittels Spektrometer.
Einsatz von rostfreien Stählen in anspruchsvollen Branchen
Dank ihrer hohen Korrosionsbeständigkeit und guten mechanischen Eigenschaften finden rostfreie Stähle in vielen anspruchsvollen Industriezweigen breite Anwendung.
Medizinbranche
Bei der Herstellung von chirurgischen Instrumenten und Komponenten für medizinische Geräte ist die Oberflächenqualität von entscheidender Bedeutung. Oft sind sehr niedrige Rauheitswerte erforderlich, die spätere Veredelungsprozesse ermöglichen.
Schifffahrts- und Energieindustrie
In maritimer Umgebung sind Bauteile aus rostfreiem Stahl Chloriden ausgesetzt, die Lochfraßkorrosion verursachen können. (Eine Art der Korrosion, bei der das Metall lokal zerstört wird und kleine, tiefe Löcher bildet, anstatt dass die gesamte Oberfläche gleichmäßig abgetragen wird).
Daher legen wir bei der Bearbeitung von Komponenten für die Schifffahrts- und Energieindustrie besonderen Wert auf die Oberflächenintegrität, die Stabilität der Schnittparameter und die Materialqualitätskontrolle.
Dank ihrer hohen Korrosionsbeständigkeit und ihrer stabilen mechanischen Eigenschaften finden rostfreie Stähle breite Anwendung in der Medizin-, Schifffahrts- und Energiebranche. In diesen Bereichen haben die Oberflächenqualität und die Stabilität des CNC-Bearbeitungsprozesses direkten Einfluss auf die Betriebssicherheit der Komponenten.
Zusammenfassung
Die CNC-Bearbeitung von rostfreiem und säurebeständigem Stahl erfordert eine angemessene technologische Vorbereitung, stabile Schnittparameter sowie eine Materialkontrolle.
Diese Werkstoffe werden häufig in der Medizin-, Energie- und Schifffahrtsbranche eingesetzt, wo selbst geringfügige Qualitätsabweichungen zu schwerwiegenden Betriebsproblemen führen können.
Deshalb legen wir bei SIM Gdynia großen Wert sowohl auf die CNC-Bearbeitungstechnologie als auch auf die Materialkontrolle und die Endbearbeitungsprozesse, die die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit der hergestellten Komponenten gewährleisten.
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