Edelstahl ist nur eine von vielen Stahlklassen. Es verfügt nicht nur über Festigkeit und Zähigkeit, sondern bietet auch eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit, gute Bearbeitbarkeit und Schweißeigenschaften. Es gilt als ideales CNC-Bearbeitungsmaterial, das kombiniert Haltbarkeit und Wirtschaftlichkeit.
In diesem Leitfaden werden die verschiedenen Arten von Edelstahl erläutert und der Schwerpunkt auf den am häufigsten verwendeten Sorten bei der CNC-Bearbeitung gelegt. Als Nächstes stellen wir die Vorteile und Herausforderungen der Verwendung von Edelstahl bei der CNC-Bearbeitung vor und geben praktische Tipps zur Bewältigung dieser häufigen Herausforderungen.
Was ist CNC-Bearbeitung von Edelstahl?
Die CNC-Bearbeitung von Edelstahl ist ein Herstellungsprozess, bei dem computergesteuerte Schneidwerkzeuge und -geräte zum präzisen Formen von Teilen eingesetzt werden aus Edelstahlmaterialien.
Edelstähle sind eine Familie von Legierungen auf Eisenbasis, die für ihre Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit und Haltbarkeit bekannt sind und in verschiedenen Branchen weit verbreitet sind. Die CNC-Bearbeitung ist ein hochautomatisierter, präziser und flexibler Herstellungsprozess, der durch CNC-Technologie (Computer Numerical Control) gesteuert wird. Es umfasst eine breite Palette von Vorgängen wie Schneiden,Fräsen, Drehen, Bohren, Bohren, Gravieren und sogar EDM (elektrische Entladungsbearbeitung).
Der CNC-Bearbeitungsprozess für Edelstahl beginnt mit der Erstellung eines CAD-Modells (Computer Aided Design) des gewünschten Teils. Dieses digitale Design wird dann mithilfe von CAM-Software (Computer-Aided Manufacturing) in maschinenlesbaren Code umgewandelt. Die CNC-Maschine liest den Code, um die Bewegung, Vorschubgeschwindigkeit, Spindelgeschwindigkeit und Kühlparameter des Schneidwerkzeugs genau zu steuern und so das automatisierte Schneiden und Formen des Edelstahlwerkstücks zu ermöglichen.
Arten von Edelstahl
So wie es verschiedene Arten von Aluminiumlegierungen gibt, wird auch Edelstahl in mehrere Typen eingeteilt Kategorien basierend auf seiner Zusammensetzung und Mikrostruktur. Werfen wir zunächst einen Blick auf die folgende Tabelle, um ein vorläufiges Verständnis zu erlangen:
Typ
Zusammensetzung
Häufige Grade
Eigenschaften
Anwendungen
Austenitische Edelstähle
▪ 16% bis 26% Chrom ▪ 8% bis 12% Nickel ▪ 2% bis 3% Molybdän ▪ Typischerweise weniger als 0,10% Kohlenstoff
304/304L 316/316L 303 321 347
▪ Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit ▪ Hohe Duktilität und Zähigkeit ▪ Hervorragende Schweißbarkeit ▪ Mäßige Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion ▪ Nicht magnetisch/schwach magnetisch ▪ Nicht wärmebehandelbar
▪ Lebensmittel- und Getränkeindustrie ▪Chemische und pharmazeutische Industrie ▪ Medizinische Geräte ▪ Kfz-Abgassysteme ▪ Küchenutensilien und Besteck ▪ Architektonische Komponenten
Ferritische Edelstähle
▪ 10,5% bis 30% Chrom ▪ Meist nickel-frei ▪ 1% bis 2% Molybdän ▪ Weniger als 0,08% Kohlenstoff
430 409 434 439 446
▪ Gute Korrosionsbeständigkeit ▪ Geringe Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen ▪ Geringe Schweißbarkeit ▪ Hohe Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion ▪ Magnetisch ▪ Nicht wärmebehandelbar ▪ Kostenwirksam ▪ Hitzebeständig
▪ 18% bis 30% Chrom ▪ 1% bis 9,5% Nickel ▪ 0,1% bis 5% Molybdän ▪ Meist kohlenstofffrei
2205 2507
▪ Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit ▪ Hohe Festigkeit und Duktilität ▪ Hohe Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion ▪ Typischerweise magnetisch ▪ Wärmebehandelbar
▪ Öl- und Gasausrüstung ▪ Chemische und marine Technik ▪ Lebensmittelverarbeitungsanlagen und -behälter ▪ Bauwerke und Brücken
Fällungsgehärtete Edelstähle
Legierungselemente wie Titan, Kupfer, Phosphor oder Aluminium in Spurenmengen.
17-4 PH 15-5 PH
▪ Sehr variabel (spezifisch für bestimmte Ergebnisse eingestellt) ▪ Hohe Festigkeit ▪ Gute Zähigkeit und Duktilität ▪ Gute Korrosionsbeständigkeit ▪ Wärmebehandelbar
▪ Luftfahrtstrukturkomponenten ▪ Militär und Verteidigung ▪ Chirurgische Instrumente und orthopädische Implantate ▪ Hochleistungsautomobilteile ▪ Hydrauliksysteme, Wellen und Zahnräder
Austenitischer Edelstahl
Austenitischer Edelstahl ist der häufigste Typ, wobei die 300er-Serie wie 304 und 316 die wichtigsten Vertreter sind. Sein hoher Chrom- und Nickelgehalt sorgt für hervorragende Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit und einfache Sterilisation. Allerdings sind diese Sorten aufgrund ihrer Zähigkeit und Neigung zur Kaltverfestigung anspruchsvoller zu bearbeiten, was den Werkzeugverschleiß und die Wärmeentwicklung erhöht. Unter der 300er-Serie stellt die Sorte 303 eine Ausnahme dar, da die Einbeziehung von Schwefel oder Selen ihre Bearbeitbarkeit verbessert.
Ferritischer Edelstahl
Ferritischer Edelstahl, ein Mitglied der AISI 400-Familie, kann in bestimmten Umgebungen mit starker Säure oder hohem Chloridgehalt eine geringere Korrosionsbeständigkeit aufweisen als austenitischer Edelstahl. Aufgrund seiner überlegenen Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion unter chloridreichen Bedingungen eignet es sich jedoch gut für Schiffsanwendungen. Darüber hinaus erfordert ferritischer Edelstahl in der Regel nur eine minimale Wärmebehandlung, um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen, was die Verarbeitung und Herstellung vereinfacht.
Martensitischer Edelstahl
Martensitischer Edelstahl bietet aufgrund seines höheren Kohlenstoffgehalts eine hohe Festigkeit und Härte, weist jedoch im Vergleich zu anderen Edelstahltypen eine geringere Korrosionsbeständigkeit auf. Eine seiner herausragenden Eigenschaften ist die Fähigkeit, diese Eigenschaften durch Abschrecken (schnelle Abkühlung) weiter zu verbessern. Diese Art von Edelstahl wird häufig in langlebigen Anwendungen wie Besteck, chirurgischen Instrumenten und Werkzeugen verwendet. Sorten wie 410 und 420 werden häufig aufgrund ihrer hervorragenden Bearbeitbarkeit und zuverlässigen Leistung unter anspruchsvollen Bedingungen ausgewählt. Unter den rostfreien Stählen ist 416 aufgrund seines Designs, das speziell auf die Bearbeitbarkeit abzielt, am einfachsten zu bearbeiten. Darauf wird im folgenden Abschnitt näher eingegangen.
Duplex-Edelstahl
Duplex-Edelstahl hat seinen Namen von seiner Mikrostruktur, die sowohl Austenit- als auch Ferritphasen enthält. Diese Kombination bietet die Vorteile beider Edelstahlarten, einschließlich ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit in chloridhaltigen und sauren Umgebungen, hoher Festigkeit, guter Duktilität und starker Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion. Aufgrund seiner speziellen Legierungszusammensetzung und seines Herstellungsverfahrens hat Duplex-Edelstahl jedoch in der Regel höhere Produktionskosten und kann eine schlechtere Bearbeitbarkeit aufweisen, was eine sorgfältigere Bearbeitungskontrolle erfordert.
Ausscheidungshärtender Edelstahl
Im Gegensatz zu anderen rostfreien Stählen, deren Festigkeit durch Mischkristallverfestigung (wie bei austenitischen rostfreien Stählen) oder Kaltumformung (wie bei ferritischen rostfreien Stählen) erzielt wird, gewinnen ausscheidungshärtende rostfreie Stähle ihre Festigkeit durch die Bildung intermetallischer Verbindungen wie Kupfer, Aluminium, oder Titan während der Wärmebehandlung. Nach einer ausscheidungshärtenden Wärmebehandlung können PH-Edelstähle ein Festigkeitsniveau erreichen, das mit hochfesten Baustählen vergleichbar ist, wobei die Streckgrenze typischerweise drei- bis viermal höher ist als die von austenitischen Edelstählen.
Beste Edelstahlsorten für die CNC-Bearbeitung
Hier sind einige der besten Edelstahlsorten, die üblicherweise für die CNC-Bearbeitung ausgewählt werden:
Edelstahl 303
Edelstahl 303, auch Automaten-Edelstahl genannt, ist die am besten zerspanbare Sorte innerhalb der austenitischen Familie. Angereichert mit Schwefel und Phosphor bietet es eine verbesserte Bearbeitbarkeit und Schneidleistung. Diese Ergänzungen ermöglichen stabile Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung. 303 ist in der CNC-Bearbeitung weit verbreitet, um strenge Präzisionsanforderungen bei komplizierten Teilen wie mechanischen Präzisionskomponenten, Lagern, Ventilen, Schrauben und Muttern zu erreichen. Obwohl seine Korrosionsbeständigkeit nicht so hoch ist wie die von 304 oder 316, bietet Edelstahl 303 dennoch eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit für viele allgemeine Anwendungen. Es eignet sich gut für Innenräume und Komponenten, bei denen keine extreme Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist.
Edelstahl 304
304 ist der vielseitigste und am häufigsten verwendete Edelstahl für Bearbeitungswerkzeuge. Dank seiner hervorragenden Korrosionsbeständigkeit funktioniert es zuverlässig in verschiedenen Umgebungen, von der Lebensmittelverarbeitung bis zur chemischen Herstellung. Obwohl Edelstahl 304 weniger bearbeitbar ist als Edelstahl 303, vereint er eine gute Bearbeitbarkeit mit der Fähigkeit, hochpräzise und komplexe Formanforderungen zu erfüllen. Es bietet außerdem eine hervorragende Schweißbarkeit und unterstützt gängige Methoden wie Lichtbogenschweißen und Fülldrahtschweißen, was Vielseitigkeit für verschiedene Verbindungsanforderungen gewährleistet.
Edelstahl 316
Nach der Sorte 304 ist die Sorte 316 der am zweithäufigsten verwendete und vielseitigste Edelstahl. Es enthält typischerweise etwa 2–3 % Molybdän (Mo), was ihm im Vergleich zu 304 eine überlegene Beständigkeit gegen Lochfraß und Spaltkorrosion in anspruchsvollen Umgebungen wie Meerwasser und aggressiven Chemikalien verleiht. Daher wird es besonders häufig in Branchen mit hohen Anforderungen wie dem Schiffsbau eingesetzt und medizinische Geräte. Darüber hinaus bietet es eine hervorragende Formbarkeit und Schweißbarkeit. In Kombination mit der CNC-Bearbeitung können komplexe, hochpräzise Bauteile hergestellt werden.
Edelstahl 416
Wie bereits erwähnt, ist 416 der am einfachsten zu bearbeitende Edelstahl, vor allem aufgrund seines hohen Schwefelgehalts. Schwefel bildet Sulfideinschlüsse im Stahl, die als „Spanbrecher“ fungieren und dafür sorgen, dass Schneidwerkzeuge reibungslos eindringen und Späne effizient entfernen, wodurch Schnittkräfte und Werkzeugverschleiß reduziert werden. Darüber hinaus neigt 416 weniger zur Kaltverfestigung, was einen gleichmäßigeren und gleichmäßigeren Schnitt ermöglicht und gleichzeitig die Belastung der Werkzeuge minimiert. Nach der Wärmebehandlung erreicht es eine hohe Härte und eine gute Verschleißfestigkeit und gewährleistet so die Zuverlässigkeit von Komponenten, die einen kontinuierlichen Betrieb mit hohem Volumen erfordern, wie z. B. Lager und Ventile.
Edelstahl 17-4 PH
Edelstahl 17-4 PH vereint hohe Festigkeit mit Korrosionsbeständigkeit. Durch Ausscheidungshärtung erreicht es mechanische Eigenschaften, die mit hochfestem legiertem Stahl vergleichbar sind, während die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl erhalten bleibt. Sein Wärmebehandlungsprozess ermöglicht eine flexible Anpassung der Festigkeit: Das Material kann zunächst in einem bearbeitbaren lösungsgeglühten Zustand CNC-bearbeitet und anschließend gealtert werden, um die gewünschte Härte zu erreichen. Aufgrund etablierter Materialstandards und umfangreicher Industrieerfahrung wird 17-4 PH häufig in der Luft- und Raumfahrt-, Verteidigungs-, Öl- und Gas- sowie chemischen Ausrüstungsindustrie eingesetzt. Es ist eine häufige Wahl für hochfeste, hochzuverlässige Komponenten in der Großserienproduktion.
Vorteile von Edelstahl in der CNC-Bearbeitung
Unabhängig von der Edelstahlsorte ist seine weit verbreitete Beliebtheit bei der Bearbeitung vor allem auf die einzigartige Ausgewogenheit seiner Eigenschaften zurückzuführen. Nachfolgend finden Sie eine kurze Zusammenfassung der wichtigsten Vorteile:
Aussehen
CNC-gefräster Edelstahl bietet von Natur aus ein glänzendes, attraktives Aussehen, das durch Polieren, Bürsten oder Passivieren verbessert werden kann. Bei richtiger Bearbeitung erhalten Edelstahlteile ein elegantes, modernes Aussehen – perfekt für Küchengeräte, architektonische Merkmale und verschiedene Verbraucherprodukte.
Korrosionsbeständigkeit
Die Edelstahllegierung weist eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit auf und eignet sich perfekt für Anwendungen, die Feuchtigkeit, Chemikalien oder Salzwasser ausgesetzt sind. Dies ist vor allem auf ihren Chromgehalt (mindestens 10,5 %) zurückzuführen, der eine schützende Oxidschicht bildet, die Rost und Oxidation verhindert.
Hohe Festigkeit
Rostfreie Stähle sind relativ hart und weisen eine hohe mechanische Festigkeit auf, die durch Wärmebehandlungen weiter erhöht werden kann. Diese Festigkeit ermöglicht die Bearbeitung dünnwandiger oder tragender Bauteile, denen schwächere Materialien nicht standhalten. Es ermöglicht auch, dass Edelstahlteile ihre Maßhaltigkeit und strukturelle Integrität auch in Umgebungen mit hoher Beanspruchung beibehalten.
Entwickelt für verbesserte Bearbeitbarkeit
Wie bereits erwähnt, sind die Sorten 303 und 416 speziell für eine verbesserte Bearbeitbarkeit konzipiert, indem sie Elemente wie Schwefel enthalten, die beim Schneiden als Schmiermittel wirken. Diese Sorten werden aus häufig verwendeten Edelstahllegierungen abgeleitet und modifiziert, um den Spanbruch zu verbessern, den Werkzeugverschleiß zu reduzieren und die Schneideffizienz zu erhöhen.
Diese Modifikationen werden durch die inhärente Legierungsflexibilität von Edelstahl ermöglicht. Die Grundzusammensetzung aus Eisen, Chrom und Nickel kann mit Elementen wie Schwefel, Selen oder Molybdän angepasst werden, um die Eigenschaften für bestimmte Anwendungen, einschließlich der Bearbeitbarkeit, anzupassen.
Hygienisch und leicht zu reinigen
Die porenfreie Oberfläche von Edelstahl ist einfach zu sterilisieren und zu pflegen. Deshalb ist es ein ideales Material für medizinische Instrumente, Lebensmittelverarbeitung und pharmazeutische Ausrüstung. Seine glatte, korrosionsbeständige Oberfläche erfordert außerdem weniger Pflege als viele andere Metalle, was seine Attraktivität für Anwendungen, die eine hohe Sauberkeit erfordern, noch weiter steigert.
Herausforderungen von Edelstahl in der CNC-Bearbeitung
Während Edelstahl viele Vorteile bietet, stellt er aufgrund seiner Materialeigenschaften und Zusammensetzung auch einige Herausforderungen bei der CNC-Bearbeitung dar. Zu diesen Herausforderungen gehören:
Tendenz zur Arbeitsverhärtung
Kaltverfestigung ist ein Phänomen, bei dem rostfreier Stahl während der Bearbeitung härter wird. Austenitische Edelstähle sind besonders anfällig für Kaltverfestigung, was den Werkzeugverschleiß erhöht und sich bei unsachgemäßer Handhabung negativ auf die Qualität des Endprodukts auswirken kann.
Höhere Schnittkräfte und Werkzeugverschleiß
Die Zähigkeit von rostfreiem Stahl ist zwar vorteilhaft für die Haltbarkeit, erfordert jedoch typischerweise höhere Schnittkräfte als weichere Metalle. Dies kann zu langsameren Schnittgeschwindigkeiten, erhöhtem Energieverbrauch und größerer Belastung der Werkzeuge führen.
Chip-Management
Austenitische Edelstähle erzeugen oft lange, faserige Späne, die schwer zu brechen sind. Eine schlechte Spanabfuhr kann zu Maschinenstillständen und beschädigten Oberflächen führen.
Überhitzung
Edelstahl hat eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit, was zu einem Hitzestau im Schneidbereich führt. Dies kann den Werkzeugverschleiß beschleunigen, die Maßhaltigkeit beeinträchtigen und möglicherweise das Werkstück beschädigen.
Tipps zur Bewältigung von Herausforderungen
Use scharfe, verschleißfeste Werkzeuge made of carbide or coated materials.
Applyoptimierte Schnittparameter, including slower cutting speeds and higher feed rates.
Use Kühlmittelsystemeto dissipate heat effectively and reduce tool wear.
Employ starre Maschinenaufbauten to minimize vibrations and improve surface finish.
Select Freibearbeitungssorten, such as 303 or 416, for applications where machinability is a priority.
Gängige CNC-Bearbeitungsprozesse für Edelstahl
Aufgrund seiner Vielseitigkeit und Haltbarkeit ist Edelstahl mit einer Vielzahl von CNC-Bearbeitungsprozessen kompatibel. Hier sind die am häufigsten verwendeten Bearbeitungsverfahren für Edelstahl:
CNC-Fräsen
Das CNC-Fräsen ist die wichtigste Methode zur Bearbeitung von Edelstahl. Dabei werden rotierende Hochgeschwindigkeitsschneidwerkzeuge verwendet, um komplexe Formen, Taschen und Konturen präzise herzustellen. Aufgrund der hohen Kaltverfestigungsrate von Edelstahl reichen Standardwerkzeuge und Vorschübe oft nicht aus. Es wird empfohlen, Hartmetallwerkzeuge zu verwenden und geduldig vorzugehen, indem Vorschübe und Geschwindigkeiten reduziert werden, um den Werkzeugverschleiß zu minimieren und die Genauigkeit aufrechtzuerhalten. Eine ausreichende Kühlung ist außerdem wichtig, um die Wärme abzuleiten und thermische Schäden während der Bearbeitung zu verhindern.
CNC-Drehen
Das CNC-Drehen ist eine ausgezeichnete Wahl für die Herstellung zylindrischer oder runder Bauteile mit engen Toleranzen und glatten Oberflächen. Bei diesem Verfahren wird das Werkstück aus rostfreiem Stahl gedreht, während stationäre Schneidwerkzeuge es formen, was es besonders effektiv für die Bearbeitung von austenitischem Edelstahl macht. Das Drehen ermöglicht einen schnelleren Materialabtrag, kann jedoch dazu führen, dass sich das Werkstück am Schneidwerkzeug festsetzt. Um dies zu verhindern, ist es wichtig, den Werkzeugüberhang zu minimieren, scharfe Werkzeuge zu verwenden und Wendeschneidplatten mit positiven Spanwinkeln auszuwählen. Darüber hinaus trägt der Betrieb mit niedrigeren Schnittgeschwindigkeiten dazu bei, die Kaltverfestigung zu reduzieren und so Präzision und Effizienz zu gewährleisten.
CNC-Bohren
CNC-Bohren wird häufig zum Erstellen präziser Löcher in Edelstahlwerkstücken eingesetzt, oft kombiniert mit Fräsen oder Drehen als Teil eines sekundären Bearbeitungsprozesses. Dieses Verfahren wird zur Herstellung von Bauteilen mit Gewinde oder mit mehreren Merkmalen eingesetzt, beispielsweise Schraubenlöchern für die Sekundärmontage oder dekorativen Merkmalen aus ästhetischen Gründen. Das Bohren von rostfreiem Stahl erfordert sorgfältige Beachtung der Werkzeugauswahl und der Bearbeitungsparameter, um Genauigkeit zu erreichen und die Oberflächenintegrität aufrechtzuerhalten.
CNC-Laserschneiden
Beim CNC-Laserschneiden werden Hochleistungslaser wie CO2- oder Faserlaser verwendet, um Edelstahlbleche und dünne Teile mit außergewöhnlicher Präzision zu schneiden oder zu gravieren. Dieses Verfahren liefert saubere Schnitte mit minimalem Abfall und eignet sich daher ideal für dekorative und strukturelle Anwendungen. Es kann Edelstahl effektiv ohne große Hitzeentwicklung schneiden, wobei die Unversehrtheit des Materials erhalten bleibt und qualitativ hochwertige Ergebnisse gewährleistet werden.
CNC-Schleifen
Beim CNC-Schleifen handelt es sich um einen präzisen Prozess, mit dem ultraglatte Oberflächen und enge Toleranzen erzielt werden, insbesondere bei Teilen wie chirurgischen Instrumenten oder optischen Komponenten. Durch den Einsatz von Schleifscheiben verbessert das Schleifen die Oberflächengüte, entfernt kleine Materialmengen für mehr Genauigkeit, beseitigt Schweißgrate und schärft die Schneidkanten, wodurch sowohl Funktionalität als auch Ästhetik gewährleistet werden.
Bei komplizierten Formen oder schwer zu bearbeitenden Edelstahlsorten ist Drahterodieren äußerst effektiv. Es nutzt elektrische Entladungen, um Material ohne mechanische Belastung zu schneiden, was es perfekt für Präzisionskomponenten in der Luft- und Raumfahrt-, Medizin- und Werkzeugindustrie macht. Obwohl es langsamer als herkömmliche Methoden ist, eignet es sich gut zum Erstellen komplexer Geometrien, obwohl möglicherweise eine zusätzliche Oberflächenbearbeitung erforderlich ist.
Beste Edelstahlbearbeitungsdienste bei Chiggo
Obwohl die Arbeit mit Edelstahl schwieriger sein kann, überwiegen seine Vorteile oft die Schwierigkeiten. Mit seiner hervorragenden Kombination aus Festigkeit, Haltbarkeit und Kosteneffizienz ist es nach wie vor die erste Wahl für die Herstellung robuster Hochleistungsprodukte. Allerdings erfordert die Bearbeitung von Edelstahl erhebliches Fachwissen, um optimale Ergebnisse zu gewährleisten. Aus diesem Grund sollten Designer eine vertrauenswürdige CNC-Maschinenwerkstatt wie Chiggo wählen, die sich auf die hochwertige Bearbeitung von Edelstahl spezialisiert hat und über jahrelange Erfahrung verfügt. Wenn Sie für Ihr nächstes Projekt Edelstahl in Betracht ziehen, Kontaktieren Sie Chiggofür ein maßgeschneidertes Angebot.
ABS-CNC-Bearbeitung: Die Vorteile, Herausforderungen und effektive Tipps25 Dezember, 2024
