CNC-Bearbeitung von Stahl: Unterschiedliche Stahlsorten in der Teilefertigung

Die herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Stahlteilen sind in der Regel zeit- und arbeitsintensiv. Heutzutage nutzen Hersteller und Produktdesigner die CNC-Bearbeitung (Computer Numerical Control), um verschiedene Stahlteile schneller und genauer herzustellen.

Das Verständnis der Grundlagen der CNC-Stahlbearbeitung ist eine wesentliche Voraussetzung für die erfolgreiche Bearbeitung von CNC-Stahlteilen, die den vorgesehenen Anwendungen und Spezifikationen entsprechen.

Was ist CNC-Bearbeitung von Stahl?

Bei der CNC-Stahlbearbeitung handelt es sich um ein Fertigungsverfahren, bei dem ein Computerprogramm die Bewegung und die Interaktion der Werkzeugmaschinen mit dem Werkstückmaterial steuert. Diese Bearbeitungstechnologie eignet sich für die Herstellung von Stahlwerkstoffen, um verschiedene Designs zu erstellen.

Obwohl die CNC-Bearbeitung mit einer breiten Palette von Werkstoffen kompatibel ist, ist Stahl ein beliebtes Material für das CNC-Prototyping und die Herstellung von Teilen.

Verschiedene Stahlsorten für die CNC-Bearbeitung

Es gibt verschiedene Stahlsorten, die Zerspanungsmechaniker für die Bearbeitung von Projekten in unterschiedlichen Anwendungen verwenden. Daher ist die Auswahl der geeigneten Werkstoffsorte für Ihre Produkte von entscheidender Bedeutung für den Erfolg Ihres Projekts. Jede Stahlsorte hat unterschiedliche Eigenschaften. In diesem Abschnitt werden die typischen Stahlsorten für CNC-Bearbeitungsteile aus Stahl erläutert.

4140 Stahl

Der Stahl 4140 ist eine Legierung mit Mangan, Chrom und Molybdän in seiner chemischen Zusammensetzung. Diese Legierungselemente verbessern die Zähigkeit, Duktilität und Festigkeit der Stahlsorte. Außerdem erhöht der Chromgehalt die Korrosionsbeständigkeit der Sorte. Daher verwenden Produktingenieure in allen Branchen diese Stahlsorte aufgrund ihrer hervorragenden Bearbeitbarkeit und Abriebfestigkeit.

Es ist jedoch nicht einfach, den 4140-Stahl zu schweißen, da er eine besondere Vor- und Nachbehandlung erfordert. CNC-Bearbeitung von Magnesium Teile wie Muttern, Kupplungen, Bolzen, Spindeln und Automobilteile sind eine typische Verwendung dieser Stahlsorte.

4140 Stahl Mechanische Eigenschaften

• Härte (Brinell): 197
• Streckzugfestigkeit (MPa): 655
• Dichte (g cm-3): 7.87
• Schermodul (GPa): 80
• Bruchdehnung (%): 19

4130 Stahl

Der 4130-Stahl enthält einen höheren Anteil an Legierungselementen als der 4140-Stahl. Diese Stahlsorte enthält Schwefel, Phosphor, Eisen, Silizium, Molybdän, Kohlenstoff, Mangan und Chrom. Diese Elemente verbessern die Wärmeverträglichkeit, die Bearbeitbarkeit und die Zähigkeit der Stahlsorte und machen sie für verschiedene Konstruktionszwecke einsetzbar.

Darüber hinaus verwenden Ingenieure in der Luftfahrtbranche 4130-Stahl für Triebwerksaufhängungen in Flugzeugen. Da die CNC-Bearbeitung dieses Stahls billiger und effektiver ist, wird er von den Flugzeugherstellern bei der Bearbeitung von Flugzeugteilen oft dem Flugzeugstahl vorgezogen. Allerdings kann diese Stahlsorte schwierig zu schweißen sein, auch wenn sie wärmebehandelt werden kann.

4130 Stahl Mechanische Eigenschaften

• Härte (Brinell): 217
• Streckzugfestigkeit (MPa): 460
• Dichte (g cm-3): 7.87
• Schermodul (GPa): 80
• Bruchdehnung (%): 20

1018 Stahl

Die Stahlsorte 1018 oder weicher Kohlenstoffstahl besteht aus Eisen, Schwefel, Phosphor, Kohlenstoff und Mangan. Hersteller verwenden diese Stahlsorte häufig für die Bearbeitung von Stahlteilen, da sie sich gut schweißen lässt. Sie ist daher die Standardmetallwahl für CNC-gefertigte Teile aus aufgekohltem Stahl. Es wäre jedoch am besten, CNC-Stahlteile erst nach dem Härten mit dem Aufkohlungsprozess zu schweißen.

Darüber hinaus lässt sich der Stahl 1018 nicht nur hervorragend schweißen, sondern auch zerspanen. Diese Stahlsorte ist gut geeignet für CNC-Vorrichtungen Verfahren wie Drehen und Fräsen von Stahl. Daher verwenden Produktentwickler und Hersteller diese Stahlsorte für Wellen, Spindeln, Zugstangen und andere Formteile. Allerdings ist die Stahlsorte 1018 recht teuer.

1018 Stahl Mechanische Eigenschaften

• Härte (Brinell): 131
• Streckzugfestigkeit (MPa): 310
• Dichte (g cm-3): 7.87
• Schermodul (GPa): 78
• Bruchdehnung (%): 15

1045 Stahl

Diese Sorte ist ein Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, der Mangan, Eisen, Silizium, Kohlenstoff, Phosphor oder Schwefel enthält. Die Stahlsorte 1045 ist eine weitere vielseitige Stahlsorte, die Hersteller von CNC-Stahlteilen zur Herstellung verschiedener Komponenten verwenden. Diese Stahlsorte eignet sich perfekt für die CNC-Bearbeitung von Stahl, bei der die Wasserbeständigkeit von entscheidender Bedeutung ist, da sie zäh und stark ist.

Darüber hinaus bietet der Stahl 1045 wichtige Eigenschaften wie hohe Schweißbarkeit und Bearbeitbarkeit, wodurch er sich für die CNC-Präzisionsbearbeitung eignet. Daher bevorzugen die Hersteller diese Stahlsorte für Anwendungen, die höhere Geschwindigkeiten erfordern.

Diese Stahlsorte wird für die Herstellung von Bolzen, Zahnrädern, Schrauben und Wellen verwendet. Sie ist jedoch nicht ideal für die Herstellung sehr starker Komponenten, obwohl sie aufgrund ihrer durchschnittlichen Zugfestigkeit und Härtbarkeit relativ stark ist.

1045 Stahl Mechanische Eigenschaften

• Härte (Brinell): 170
• Streckzugfestigkeit (MPa): 450
• Dichte (g cm-3): 7.87
• Schermodul (GPa): 60
• Bruchdehnung (%): 12

1215 Stahl

Diese CNC-Stahlsorte hat Schwefel, Eisen, Phosphor, Kohlenstoff und Mangan als chemische Zusammensetzung. Aufgrund ihres relativ hohen Schwefelgehalts wird sie gemeinhin als Automatenstahl bezeichnet.

Der Stahl 1215 ermöglicht höhere Bearbeitungsgeschwindigkeiten und verhindert Verwicklungen bei der CNC-Bearbeitung von Stahl, da er während der Bearbeitung kleine Späne bildet. Die größte Herausforderung bei dieser Stahlsorte ist jedoch, dass sie nicht schweißbar ist und ihr relativ niedriger Kohlenstoffgehalt ihre Festigkeit im Vergleich zu anderen kaltgezogenen Sorten einschränkt.

Diese Stahlsorte eignet sich jedoch für die Herstellung automatischer Projekte, die eine schwere Bearbeitung erfordern. Typische Anwendungen für 1215er Stahl sind Schlauchanschlüsse, Bolzen, Kupplungen und Schrauben.

1215 Stahl Mechanische Eigenschaften

• Härte (Brinell): 167
• Streckzugfestigkeit (MPa): 415
• Dichte (g cm-3): 7.87
• Schermodul (GPa): 80
• Bruchdehnung (%): 10

Oberflächenbearbeitungsoptionen für CNC-Stahlteile

Zerspanungsmechaniker verwenden oft verschiedene Oberflächenveredelung Optionen zur Verbesserung der Ästhetik und Funktionalität der CNC-Bearbeitung von Stahl. Daher ist es hilfreich zu verstehen, dass verschiedene Metalle spezifische Oberflächenbehandlungen erfordern. Nachfolgend finden Sie die Standardoberflächen für CNC-Bearbeitung von rostfreiem Stahl Teile.

Pulverbeschichtung

Die Pulverbeschichtung ist eine Nachbearbeitungsoption, bei der trockenes Pulver auf die Oberfläche von CNC-gefertigten Stahlteilen aufgebracht wird und eine Schutzschicht bildet. Diese Schicht ist zwischen 0,15 (0,006") und 0,3 mm (0,012") dick. Die Hersteller verwenden diese Oberflächenbehandlung, um bearbeitete Stahlteile vor Korrosion zu schützen, da blanker Stahl leicht rosten kann.

Aufkohlung

Beim Aufkohlen wird das Stahlmetall in Gegenwart von Kohlenstoffmaterialien wie Holzkohle und Kohlenmonoxid erhitzt. Dieses Verfahren zielt in erster Linie darauf ab, die Oberfläche der Stahlteile zu härten. Außerdem wird dadurch die Verschleißfestigkeit der Teile erheblich verbessert.

Perlstrahlen

Die Perlstrahltechnik verleiht CNC-gesteuerten Stahlteilen eine gleichmäßige Textur und eine verbesserte Oberflächengüte. Dabei werden kleine kugelförmige Perlen mit hoher Geschwindigkeit auf die Stahloberfläche geschossen. Durch dieses Verfahren werden scharfe Kanten, Materialreste oder Grate auf den Stahlteilen effektiv beseitigt und die Oberflächenqualität Ihrer Teile verbessert.

Vernickeln

Bei der Vernickelung wird CNC-Stahl galvanisch beschichtet, indem eine gleichmäßige, dünne Nickelschicht von genau 0,1 mm auf den bearbeiteten Teilen gebildet wird. Dieses Verfahren erhöht die Widerstandsfähigkeit des Stahlteils gegen Verschleiß und korrosive Substanzen.

Herausforderungen und Lösungen für die Bearbeitung von Stahl

Obwohl die Bearbeitung von Stahl eine gängige Fertigungsmethode ist, gibt es einige Herausforderungen bei diesem Metallbearbeitungsverfahren. Es gibt jedoch ideale Lösungen, um eine kostengünstige und zuverlässige CNC-Stahlbearbeitung zu erreichen und die Qualität, Sicherheit und Effizienz des Prozesses zu verbessern. Nachfolgend finden Sie typische Herausforderungen, auf die Zerspaner bei der Stahlbearbeitung stoßen, und wie sie diese bewältigen können.

Material Spanbildung

Bei der CNC-Bearbeitung von Stahl entstehen lange, durchgehende Späne, die sich in der Maschine verfangen und diese blockieren können, was zu einer schlechten Oberflächenbearbeitung führt.

Bei der Bearbeitung von Stahl sollten Sie jedoch geeignete Kühl- und Schmiermittel wie Hochdruck-Kühlsysteme verwenden. Es verbessert die Spanbildung und -abfuhr und sorgt für eine hervorragende Oberflächengüte.

Bearbeitungskraft

Bei der CNC-Bearbeitung von Stahl werden häufig hohe Schnittkräfte zur Herstellung von Stahlteilen eingesetzt. Dies kann zu einem vorzeitigen Ausfall der Werkzeuge führen, da die Maschine überlastet wird. Die Sicherstellung der CNC-Bearbeitung verschiedener Teile über eine ausreichende strukturelle Integrität verfügt, um den angewandten Bearbeitungskräften standzuhalten, wäre am besten. Darüber hinaus sollten adaptive Bearbeitungsmethoden verwendet werden, die die Schnittparameter in Echtzeit in Abhängigkeit von der Sensorrückmeldung regeln, um den Werkzeugeingriff und die angewandten Kräfte zu verbessern.

Wärmeerzeugung

Bei der Stahlbearbeitung entsteht überschüssige Wärme, die zu Maßungenauigkeiten und Wärmeausdehnung bei den fertigen Stahlteilen führen kann. Mit den richtigen Kühl- und Schmiermitteln können Sie die Wärme bei der Stahlbearbeitung jedoch effizient ableiten.

Werkzeugverschleiß

Die CNC-Schneidwerkzeuge verschleißen schneller und müssen aufgrund der Abrasivität des Stahls ständig ausgetauscht werden. Infolgedessen steigen die Kosten für die Werkzeuge erheblich. Die Verwendung moderner Werkzeugbeschichtungen wie Titanaluminiumnitrid (TiAlN) oder Titancarbonnitrid (TiCN) erhöht jedoch die Lebensdauer der Schneidwerkzeuge und ihre Verschleißfestigkeit. Auch die Verwendung geeigneter Schneidwerkzeuge und Schneidparameter trägt zur Verringerung des Werkzeugverschleißes bei.

Werkstückverformung

Bei der CNC-Bearbeitung von Stahlteilen (z. B. 1045er Stahl) kann es zu Verzug oder Verwerfungen kommen, insbesondere wenn große Mengen an Material abgetragen werden. Um jedoch jegliche Form von Verzug bei der Stahlbearbeitung zu vermeiden, sind zuverlässige Spannlösungen ratsam. Ebenso wäre es am besten, wenn Sie die Überstände reduzieren würden. Dadurch wird die Durchbiegung des Werkstücks verringert und die Maßhaltigkeit erhöht.

Vorteile und Beschränkungen der CNC-Bearbeitung von Stahl

Die CNC-Bearbeitung von Stahlteilen erfordert ein hohes Maß an Geschick und Erfahrung, um zuverlässige Ergebnisse zu erzielen. Obwohl die CNC-Bearbeitung von Stahl anspruchsvoll sein kann, überwiegen ihre Vorteile die Einschränkungen.

Vorteile

• CNC-Stahlteile weisen eine bemerkenswerte Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit auf.
• Die Stahlsorten weisen eine gute Bearbeitbarkeit auf.
• Stahlwerkstoffe sind mit einer Vielzahl von Oberflächenveredelungsmöglichkeiten kompatibel.

Beschränkungen

• Obwohl verschiedene Stahlsorten unterschiedliche Eigenschaften haben, sind nicht alle maschinell bearbeitbar. Daher sind bestimmte Stahlsorten mit Anwendungen, die die Herstellung von Stahlteilen mit komplizierten Geometrien beinhalten, nicht kompatibel.
• Bestimmte Stahlsorten eignen sich nicht für die Herstellung von CNC-Stahlteilen, die extremer Hitze ausgesetzt sind, da die Stahlsorten unterschiedlich empfindlich sind.

Anwendungen von CNC-bearbeiteten Stahlteilen

Stahl ist eines der am häufigsten verwendeten Fertigungsmetalle. Es gibt verschiedene Anwendungen für die CNC-Bearbeitung von Stahl in verschiedenen Branchen.

• Luft- und Raumfahrt: Dazu gehören Turbinenschaufeln, Halterungen, Motorteile und Strukturteile.
• Medizinische Geräte: Beispiele sind Komponenten für medizinische Geräte, chirurgische Instrumente und orthopädische Implantate.
• Automobilindustrie: Typische Beispiele für Stahlteile im Automobilsektor sind Teile von Bremssystemen, Motoren, Aufhängungen, Getriebe und andere kritische Teile.
• Elektronisch: Bauteile wie Gehäuse, Kühlkörper, Steckverbinder und andere Komponenten, die in elektronischen Baugruppen verwendet werden, sind typische Beispiele für CNC-gefertigte Stahlteile.
• Konsumgüter: Dazu gehören Laptops, Smartphones, Tablets und andere elektronische Gadgets.

Bearbeitung von Stahl vs. Aluminium: Welcher Werkstoff ist für Ihr Projekt geeignet?

Stahl und Aluminium sind zwei häufig verwendete Werkstoffe für die CNC-Bearbeitung. Normalerweise wählen die Hersteller bei den meisten Bearbeitungsprojekten zwischen diesen beiden Materialien. Hier ist jedoch ein Vergleich, der Ihnen helfen kann, das ideale Material für Ihr Projekt zu wählen:

Bearbeitungsgeschwindigkeit

Zerspaner können Aluminium schneller schneiden und formen, da es leichter ist als Stahl. Ebenso kühlt erhitztes Aluminium schneller ab als erhitzter Stahl. Folglich sind die Fertigungszyklen bei der CNC-Bearbeitung von Stahl länger.

Bearbeitbarkeit

Die Zerspanbarkeit eines Metalls hängt von verschiedenen Faktoren ab, z. B. von seiner Festigkeit und Härte. Im Allgemeinen ist die Zerspanbarkeit eines Metalls geringer, wenn es extrem hart ist. Dieser Grundsatz gilt also auch für Aluminiumwerkstoffe.

Aluminium hat eine geringere Brinell-Härte (ca. 15), während Stahl einen höheren Härtebereich aufweist (80 - 600). Außerdem hat Aluminium eine geringere Streckgrenze und Zugfestigkeit als Stahl. Daher ist Stahl weniger gut bearbeitbar, aber stärker als Aluminium.

Kosten

Die Kosten für Stahl im Vergleich zu Aluminium spielen eine große Rolle bei der Entscheidung, welches Metall für ein Bearbeitungsprojekt geeignet ist. Normalerweise ist dies der Fall, wenn beide Metalle für ein bestimmtes Projekt ideal sind. Die CNC-Bearbeitung von Stahl ist in der Regel teurer als die von Aluminium, auch wenn es verschiedene Arten und Qualitäten beider Metalle gibt.

CNC-Bearbeitungsdienstleistungen für Stahl bei Xc Machining

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Schlussfolgerung

Stahl ist ein vielseitiger Werkstoff mit zahlreichen Anwendungen in verschiedenen Branchen. Die CNC-Bearbeitung von Stahl hilft dabei, die besten CNC-Stahlteile herzustellen, die trotz der unterschiedlichen Eigenschaften der verschiedenen Stahlsorten für verschiedene Zwecke geeignet sind.

FAQs

Kann ich Stahl mit einer CNC-Maschine schneiden?

CNC-Maschinen eignen sich hervorragend für die Bearbeitung von Metallen wie Stahl. Diese Maschinen bieten ein hohes Maß an Genauigkeit und Präzision, die für die Bearbeitung von Stahl erforderlich sind.

Wie kann ich die Bearbeitbarkeit von Stahlwerkstoffen verbessern?

Sie können Legierungselemente wie Schwefel und Phosphor hinzufügen, um Stahlwerkstoffe besser bearbeitbar zu machen.

Wie verhält sich Kupfer in Verbindung mit Stahl?

Hersteller kombinieren oft Kupfer mit Stahl, weil es ein verstärkendes Element ist. Es verbessert die Kriechfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit von CNC-Stahlteilen.