CNC-Bearbeitung von rostfreiem Stahl: Vorteile, Qualitäten und Tipps für den Erfolg

Edelstahl ist eines der wertvollsten und beliebtesten CNC-Materialien, die Hersteller für die Herstellung von Prototypen und kundenspezifischen Teilen verwenden. Es handelt sich um eine Legierung mit Eisen, Chrom und Kohlenstoff als Hauptlegierungselementen.

Was aber ist CNC-Bearbeitung von rostfreiem Stahl? Bei der CNC-Bearbeitung werden die Schneidewerkzeuge, die den Edelstahl in die gewünschte Form bringen, mit Hilfe einer numerischen Computersteuerung gesteuert. Die CNC-Bearbeitung von rostfreiem Stahl kann aufgrund der hohen Härte und Zugfestigkeit des Metalls eine Herausforderung darstellen. Wenn Sie das Verfahren verstehen, können Sie hervorragende Ergebnisse erzielen.

Dieser Artikel erläutert die Vorteile der Verwendung von rostfreiem Stahl für die CNC-Bearbeitung, die Arten von rostfreiem Stahl, die Standard-Edelstahllegierungen, die für die CNC-Bearbeitung von Magnesium und Anwendungen.

Inhaltsübersicht

Vorteile der CNC-Bearbeitung von rostfreiem Stahl

Edelstahl ist ein in allen Branchen häufig verwendetes Material für die CNC-Bearbeitung von rostfreiem Stahl. Hier sind einige der Vorteile der Verwendung von rostfreiem Stahl für Ihre CNC-Bearbeitungsprojekte.

Korrosionsbeständigkeit

Rostfreier Stahl ist von Natur aus korrosionsbeständig. Daher können bearbeitete Teile aus Edelstahl Rost und Wasserflecken widerstehen, die ihre Funktionalität oder Sicherheit beeinträchtigen können. Aufgrund seiner hohen Korrosionsbeständigkeit verwenden Hersteller Edelstahl häufig für Anwendungen im Innen- und Außenbereich, z. B. für Küchengeräte, Spülbecken und Wasserhähne, für die Schifffahrt, für Dächer und Fassaden.

Hohe Zugfestigkeit

Dies ist die Stärke, die ein Material benötigt, um sich bis zur Bruchgrenze zu dehnen. Die höhere Zugfestigkeit von nichtrostendem Stahl macht ihn für die extremen Biege- und Walzbeanspruchungen, denen er ausgesetzt ist, geeignet. Diese Eigenschaft ermöglicht es dem Stahlmaterial, intakt zu bleiben, wenn es erheblichen extremen Kräften oder Bedingungen ausgesetzt ist, ohne zu versagen.

Kryogenische Beständigkeit

Die meisten nichtrostenden Stahlsorten behalten ihre Stabilität bei einer Vielzahl von Temperaturen bei. Austenitische Stähle weisen beispielsweise eine hervorragende Zähigkeit und erhöhte Zugfestigkeit bei Temperaturen unter Null auf. Es ist jedoch zu beachten, dass diese Eigenschaft nicht für alle nichtrostenden Stahlsorten gilt.

Erscheinungsbild

Der hohe Chromgehalt von rostfreiem Stahl verleiht ihm eine silberweiße Farbe, die sich mit der Zeit nicht verfärbt oder rostet. Außerdem hat rostfreier Stahl ein ästhetisch ansprechendes Aussehen. Das macht ihn ideal für technische und dekorative Zwecke.

Ebenso gibt es verschiedene Oberflächenbehandlungen, die mit dem Werkstoff Edelstahl kompatibel sind. So kann ein ästhetisch ansprechendes und funktionales Erscheinungsbild geschaffen werden, das den Anforderungen der jeweiligen Anwendung entspricht.

Langlebigkeit und geringer Wartungsaufwand

Edelstahl hat eine längere Lebensdauer und ist daher ein bevorzugtes Material für CNC-Metallbearbeitung Projekte. CNC-gefertigte Teile aus Edelstahl sind oft langlebig, leicht zu reinigen und erfordern wenig Wartung. Sie können auch extremen Temperaturen standhalten. Diese Eigenschaften sorgen für eine lange Lebensdauer der bearbeiteten Edelstahlteile.

Arten von rostfreiem Stahl für Bearbeitungsprojekte

Jede Edelstahlsorte hat einzigartige Eigenschaften, die sich auf die Bearbeitungsprozesse und -ergebnisse auswirken. Daher ist es wichtig, die verschiedenen Arten von rostfreiem Stahl für Bearbeitungsprojekte zu kennen, um hervorragende Ergebnisse zu erzielen. Nachfolgend finden Sie typische Arten von rostfreiem Stahl, die für Bearbeitungsprojekte verwendet werden:

Austenitischer rostfreier Stahl

Diese Stähle gehören zur 300er-Reihe, wobei Edelstahl 304 und 316 die gängigsten Sorten sind. Ihr Name leitet sich von den austenitischen kristallinen Gefügen des Eisens ab. Diese Stähle sind nicht magnetisch und enthalten einen hohen Anteil an Nickel und Chrom. Als solche weisen sie eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf.

Austenitische nichtrostende Stähle sind häufig verwendete Werkstoffe in technischen Anwendungen. Sie bieten eine hervorragende Tieftemperaturzähigkeit und eine ausgezeichnete Verarbeitbarkeit. Diese Stähle sind ideal für die Herstellung von Anlagen zur Lebensmittelverarbeitung, Druckbehältern, Wärmetauschern und Automobilteilen.

Martensitischer rostfreier Stahl

Martensitische Stähle sind meist magnetische Metalle mit außergewöhnlich hoher Härte. Diese Stähle weisen eine ähnliche Struktur wie ferritische Stähle auf. Ihr höherer Kohlenstoffgehalt bildet ein inneres Martensitgefüge, das eine höhere Festigkeit und Verschleißbeständigkeit bietet.

Sie bieten eine geringere Korrosionsbeständigkeit als austenitischer Edelstahl und können hohe oder niedrige Mengen an Kohlenstoffelementen enthalten. 440, 416 und 420 sind typische nichtrostende Stähle dieser Kategorie.

Diese Stähle eignen sich für Anwendungen, die verschleißfeste und hochfeste Werkstoffe erfordern, da sie alterungs- und wärmebehandlungsbeständig sind. Typische Anwendungen für martensitischen Edelstahl sind chirurgische Instrumente, Schusswaffen und Kugellager.

Ferritischer rostfreier Stahl

Es handelt sich um hochmagnetischen CNC-gesteuerten rostfreien Stahl mit niedrigem Kohlenstoff- und hohem Chromgehalt. Ferritischer nichtrostender Stahl ist sehr gut bearbeitbar und sehr widerstandsfähig gegen Spannungsrisskorrosion. Im Gegensatz zu anderen nichtrostenden Stählen hat er auch kein glänzendes Aussehen. Diese Stähle weisen eine hervorragende Duktilität auf, so dass sie sich an verschiedene Formen anpassen können.

Ferritische Stähle haben eine bemerkenswerte Wärmeleitfähigkeit, die sie für Anwendungen wie Öfen und Kesselwärmetauscher geeignet macht. Die nichtrostenden Stähle 446 und 434 sind häufig verwendete ferritische Stähle. Diese nichtrostenden Stähle werden häufig für die Herstellung von Industriewerkzeugen, Küchengeräten und Automobilteilen verwendet.

Duplex-Edelstahl

Nichtrostende Duplexstähle weisen ein kombiniertes Gefüge aus austenitischem und ferritischem nichtrostendem Stahl auf. Daher weisen sie eine hohe Festigkeit und ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf. Im Vergleich zu anderen nichtrostenden Stählen lassen sie sich jedoch schlecht bearbeiten.

Duplex-Edelstahl für die CNC-Bearbeitung ist aufgrund seiner ferritischen Struktur in der Regel magnetisch. Edelstahl 2205 ist eine typische Duplex-Edelstahlsorte. Zu den typischen Anwendungen gehören Rohrleitungssysteme, Wärmetauscher, Kondensatoren, Mäntel, Rohre und Reaktoren.

Ausscheidungshärtender rostfreier Stahl

Diese Stähle werden auch als PH-Stahl-Legierungen bezeichnet. Sie enthalten Legierungselemente wie Aluminium, Titan, Phosphor und Kupfer in geringen Anteilen. Diese Stähle werden einer Aushärtungsbehandlung unterzogen. Daher weisen nichtrostende PH-Stähle wie der 17-4 PH SS eine drei- bis viermal höhere Streckgrenze auf als austenitischer nichtrostender Stahl für die CNC-Bearbeitung.

Die nichtrostenden Stähle 17-4 PH und 15-5 PH sind typische Beispiele für diese Art von Stahl. Sie werden speziell kuratiert, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen, und sind daher ideal für Anwendungen, die eine extrem hohe Festigkeit erfordern. Beispiele sind die chemische Industrie, die Luftfahrt, Kernkraftwerke und der Schiffbau.

Gängige Edelstahl-Legierungen für die CNC-Bearbeitung

Es gibt verschiedene Legierungen für die CNC-Bearbeitung von rostfreiem Stahl, die für unterschiedliche Zwecke geeignet sind. Hier sind die am häufigsten verwendeten Edelstahl-Legierungen:

SS304

SS304 ist eine der am häufigsten verwendeten Edelstahl-Legierungen. Er ist erschwinglicher als die meisten anderen Legierungen und bekannt für seine gute Schweißbarkeit und Bearbeitbarkeit. Edelstahl 304 ist sehr anfällig für Korrosion und Rissbildung. Er zeigt eine unglaublich hohe Kaltverfestigung während Hinterschnittbearbeitung. Typische Einsatzgebiete sind Automobilteile, Wärmetauscher, Lebensmittelverarbeitung und architektonische Anwendungen.

SS303

Es handelt sich um einen leicht erhältlichen, frei CNC-bearbeitbaren, rostfreien Stahl, der preisgünstig und gut bearbeitbar ist. Die Legierung SS303 bietet eine hervorragende Bearbeitbarkeit und eine gute Korrosionsbeständigkeit. Diese Legierung ist nicht zum Schweißen oder für Schiffsanwendungen geeignet. Außerdem härtet sie bei der Wärmebehandlung nicht aus. Flugzeugbeschläge, Buchsen, elektronische Hardware, Muttern, Bolzen und Schrauben sind typische Teile, die aus SS303 hergestellt werden.

SS316

Edelstahl 316 weist eine höhere Korrosionsbeständigkeit auf als 304. Aufgrund seiner überlegenen Korrosionsbeständigkeit kann er aggressiven Chemikalien widerstehen. Daher ist er ideal für chlorhaltige Umgebungen. Edelstahl 316 erfordert spezielle Schneidwerkzeuge, da er schwer zu bearbeiten ist. Handläufe, Befestigungselemente und Armaturen, Wärmetauscher, Rohre und Bootsarmaturen sind gängige Anwendungen für die CNC-Bearbeitung von Edelstahl 316.

SS416

SS 416 ist ein weiterer frei bearbeitbarer rostfreier Stahl. Es handelt sich um die am besten bearbeitbaren nichtrostenden Stahllegierungen mit mäßiger Korrosionsbeständigkeit und ausgezeichneter Festigkeit. Obwohl sie ein gewisses Maß an Korrosionsbeständigkeit aufweisen, sind sie für Meeresumgebungen nicht geeignet. In chlorgesättigten Umgebungen zeigen sie ein schlechtes Verhalten. Sie sind nicht mit Schweißverfahren kompatibel. Zu den typischen Anwendungen von SS416 gehören Pumpen, Ventile, Wellen und Zahnräder, Muttern und Bolzen.

SS Klasse 17-4

Es handelt sich um einen martensitischen, ausscheidungshärtenden, rostfreien Stahl für die CNC-Bearbeitung. Sie bietet einzigartige Eigenschaften, die für Schwerlastanwendungen erforderlich sind. Obwohl die Edelstahlsorte 17-4 eine hohe Festigkeit, Zähigkeit und ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweist, ist sie anfällig für Hitzeschäden. Flugzeugturbinen, Öl und Gas sowie Kernreaktionen sind typische Anwendungen für 17-4 PH SS.

Wo liegen die Grenzen bei der Bearbeitung von Edelstahl?

Die CNC-Bearbeitung von rostfreiem Stahl kann kompliziert sein. Diese Metalle liegen in Bezug auf Festigkeit, Härte, Bearbeitbarkeit und Temperaturbeständigkeit zwischen Aluminium und Titan. Im Folgenden werden einige der häufigsten Nachteile bei der Bearbeitung von rostfreiem Stahl erörtert:

Hohe Härte

Die relativ hohe Härte von rostfreiem Stahl führt bei der CNC-Bearbeitung unweigerlich zu Rückschlägen. Sie führt zu erhöhter Bearbeitungszeit, Werkzeugverschleiß, Wärmeentwicklung und Eigenspannungen und beeinträchtigt die Oberflächengüte von Teilen aus nichtrostendem Stahl.

Überhitzung

Im Gegensatz zu anderen Stahlsorten und Metallen weist nichtrostender Stahl eine schlechte Wärmeleitfähigkeit auf. Bei der CNC-Bearbeitung von rostfreiem Stahl kommt es jedoch zu einem schnellen Hitzestau, der das Material, das Schneidwerkzeug und die CNC-Maschinen während des Vorgangs beschädigen kann.

Schnell abhärten

Die Bearbeitung von rostfreiem Stahl ist mühsamer als die der meisten anderen Metalle, da er schnell härtet und schwer zu bearbeiten ist. Daher müssen Sie spezielle Werkzeuge verwenden, um bei der Bearbeitung von rostfreiem Stahl die besten Ergebnisse zu erzielen.

Technisches Fachwissen

Die CNC-Bearbeitung von rostfreiem Stahl kann technisches Fachwissen und Überlegung erfordern, da der Prozess komplex ist. Die Verwendung von nicht kompatiblen CNC-Bearbeitungswerkzeugen oder -Geschwindigkeiten kann das Material aus rostfreiem Stahl beschädigen. Daher macht diese Herausforderung die CNC-Bearbeitung von Edelstahl extrem langsam und mühsam.

Praktische Tipps für die erfolgreiche Bearbeitung von rostfreiem Stahl

Im Folgenden finden Sie einige der besten Praktiken, die Sie bei der CNC-Bearbeitung von rostfreiem Stahl beachten sollten, um den Bearbeitungsprozess zu erleichtern und mögliche Komplikationen zu vermeiden.

Umgang mit Überhitzung

Hitze ist eine der vielen Herausforderungen, denen Maschinenführer bei CNC-Bearbeitung von Stahl. Die Überwachung der Schneidtemperatur ist unerlässlich, um die besten Ergebnisse zu erzielen. Außerdem können Sie beim Schneiden Luft- oder Nebelkühlmechanismen einsetzen, um Überhitzung zu vermeiden. Ebenso tragen Kühlmittel dazu bei, die Reibung zu verringern und die Lebensdauer der Schneidwerkzeuge zu verlängern. Zerspanungsexperten empfehlen intermittierende Schneidzyklen, da eine kontinuierliche Bearbeitung den Werkzeugverschleiß und die Überhitzung erhöht.

Wählen Sie eine geeignete Schneidflüssigkeit

Die Auswahl geeigneter Kühl- und Schmiermittel für die CNC-Bearbeitung von rostfreiem Stahl trägt dazu bei, Hitze und Reibung während des Bearbeitungsvorgangs zu verringern. Die geeigneten Kühlschmierstoffe schützen die Bearbeitungswerkzeuge vor übermäßigem Verschleiß und Abnutzung. Dadurch wird die Oberflächengüte der Teile aus nichtrostendem Stahl verbessert.

Gleichzeitig werden Probleme durch Überhitzung oder Kaltverfestigung vermieden und ein reibungsloser Späneabtransport gewährleistet. Im Allgemeinen empfehlen Zerspanungsexperten die Verwendung von löslichen Ölen oder halbsynthetischen Flüssigkeiten für Hochgeschwindigkeitsbearbeitungen.

Schützen Sie das Werkstück vor Verformung

Verformung ist einer der Gründe, warum die CNC-Bearbeitung von rostfreiem Stahl schwierig sein kann. Faktoren wie inkompatible Geschwindigkeiten, Vorschubgeschwindigkeit und gewählte Schneidwerkzeuge können ein Werkstück verformen. Experten raten daher, die Schnittkraft zu minimieren, da hohe Schnittkräfte zur Verformung des Werkstücks beitragen. Ebenso sollten sichere und stabile Werkzeuge zur Werkstückaufnahme verwendet werden, um Rattern oder Vibrationen zu vermeiden, die die Oberflächengüte oder die Werkzeugstandzeit beeinträchtigen können.

Wählen Sie spezielle Schaftfräser und Bohrer

Verwenden Sie bei der Bearbeitung von rostfreiem Stahl CNC-Werkzeuge aus hochwertigen Materialien wie HSS-Fräser und -Bohrer aus Wolfram oder Molybdän. Diese Werkzeuge können die Belastungen bei der Bearbeitung von rostfreiem Stahl mit minimalem Werkzeugverschleiß bewältigen.

Außerdem bieten diese Werkzeuge oft eine bessere Oberflächengüte bei der CNC-Bearbeitung von Teilen aus rostfreiem Stahl. Verwenden Sie daher keine Werkzeuge, die sich leicht abnutzen, da sie die Bearbeitungsgeschwindigkeit verringern und die Kosten für die CNC-Bearbeitung erhöhen können.

Einsatz von Hack- und Spänebrecherzyklen

Um die Spanbildung bei der Bearbeitung von rostfreiem Stahl effektiv zu steuern, ist es am besten, Hack- und Spanbrecherzyklen zu verwenden. Dies würde dazu beitragen, lange und strähnige Späne während des Prozesses zu vermeiden. Eine weitere Möglichkeit, die Spanbildung bei der CNC-Bearbeitung von rostfreiem Stahl in den Griff zu bekommen, ist die konsequente Überprüfung des Schneidwerkzeugs, da abgenutzte CNC-Werkzeuge mehr Späne bilden.

CNC-Schneidwerkzeuge und ihre Beschichtungen für die Bearbeitung von Edelstahlteilen

• Werkzeuge aus Hartmetall: Diese Werkzeuge sind ideal für die CNC-Bearbeitung von rostfreiem Stahl mit hohen Geschwindigkeiten oder höheren Vorschüben. Diese Schneidwerkzeuge haben oft Spitzen aus Wolframkarbid oder einer Mischung aus Wolfram und anderen Metallkarbiden, einschließlich Niob, Titan oder Chrom.
• Werkzeuge aus Schnellarbeitsstahl (HSS): Molybdän- und Wolfram-HSS-Werkzeuge eignen sich am besten für die Bearbeitung von rostfreiem Stahl mit hohem Vorschub und niedriger Drehzahl. Molybdän bietet eine perfekte Mischung aus Härte und Festigkeit, während Wolfram eine gute Abriebfestigkeit bietet.

Auf die CNC-Werkzeuge für die Bearbeitung von rostfreiem Stahl werden verschiedene Beschichtungsmaterialien aufgebracht. Diese Beschichtungen sind geeignet, um die Härte und Langlebigkeit dieser Werkzeuge zu erhöhen. Typische Beschichtungen sind:

• Titannitrid
• Titan-Karbonnitrid
• Titan-Aluminium-Nitrid
• Chromnitrid
• Diamant

Anwendungen von bearbeiteten Teilen aus Edelstahl

Die CNC-Bearbeitung von Teilen aus rostfreiem Stahl ist vielseitig einsetzbar. Nachfolgend sind ihre typischen Anwendungen aufgeführt.

• Autoindustrie: Automobilhersteller verwenden Edelstahllegierungen zur Herstellung verschiedener Fahrzeugteile wie Karosserie, Rahmen, Auspuffanlage und Kraftstofftank.
• Luft- und Raumfahrtindustrie: Typische Beispiele für CNC-gefertigte Stahlteile, die in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet werden, sind Triebwerkskomponenten, Fahrwerke und Flugzeugzellen.
• Medizinische Industrie: Die Hersteller im Gesundheitswesen verwenden Edelstahl aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit für verschiedene medizinische CNC-Teile. Typische Beispiele für Edelstahlteile in der Medizinbranche sind Nadeln, Skalpelle, Pinzetten, Infusionsständer und Rollstühle.
• Küchengeräte: Die Hersteller verwenden CNC-bearbeiteten Edelstahl zur Herstellung von Kochgeschirr und Lebensmittelverpackungen, da er sehr hygienisch ist.
• Ingenieurwesen Konstruktion: Edelstahl bietet Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion und Stöße und ist daher ideal für Bauwerke wie Brücken.

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Schlussfolgerung

Viele Branchen verlassen sich auf die CNC-Bearbeitung von rostfreiem Stahl, um hochfeste Teile für verschiedene Zwecke herzustellen. Edelstahl bietet mehrere einzigartige Materialeigenschaften, wie hohe Festigkeit, ausgezeichnetes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, Korrosionsbeständigkeit und längere Lebensdauer. Die CNC-Bearbeitung von rostfreiem Stahl ermöglicht die kostengünstige Massenproduktion von präzisen und genauen Teilen mit hochwertiger Oberflächenbeschaffenheit.

FAQs

Ist rostfreier Stahl ein schwer zu bearbeitendes Metall?

Bei der Bearbeitung von rostfreiem Stahl stoßen Zerspaner auf gewisse Schwierigkeiten. Diese Schwierigkeiten treten jedoch bei den meisten Bearbeitungsprozessen auf und können mit dem richtigen Fachwissen und den richtigen Bearbeitungswerkzeugen leicht bewältigt werden.

Welche Oberflächenbeschaffenheit ist mit CNC-gefrästen Edelstahlteilen kompatibel?

Verschiedene Oberflächenbehandlungen eignen sich zur Verbesserung der Funktionalität und Ästhetik von bearbeiteten Stahlteilen. Dazu gehören Bürsten, Polieren, Strahlen und Passivieren.

Was sind die typischen Bearbeitungsverfahren für rostfreien Stahl?

Nichtrostender Stahl ist mit verschiedenen Bearbeitungsverfahren kompatibel. Zerspaner verwenden gängige Bearbeitungsverfahren wie Fräsen, Drehen, Schleifen, Gewindeschneiden, Erodieren und Wasserstrahlschneiden, um aus nichtrostendem Stahl verschiedene Teile und Komponenten herzustellen.