Ist Edelstahl das schwierigste Material für einen CNC-Bediener?

Viele CNC-Anwender stehen zum ersten Mal vor der Aufgabe, rostfreien Stahl zu bearbeiten und stellen schnell fest, dass sich dieses Material anders verhält als gewöhnlicher Stahl. Fräser gleiten über die Oberfläche, die Temperatur steigt und die Werkzeuge verschleißen schneller als erwartet. Deshalb taucht die Frage nach der Schwierigkeit der Bearbeitung dieser Legierung regelmäßig in Produktionsumgebungen auf.

Die Antwort ist jedoch nicht einfach. Rostfreier Stahl gehört tatsächlich zu den anspruchsvollen Materialien. Er ist jedoch nicht unbedingt der schwierigste von allen. Die Bewertung hängt von der Stahlsorte, der angewandten Methode und der Erfahrung des Bedieners ab. Das Verständnis der Besonderheiten dieses Materials ermöglicht es, kostspielige Fehler zu vermeiden und reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen.

Eigenschaften von rostfreiem Stahl, die die CNC-Bearbeitung erschweren

Rostfreier Stahl ist nicht ein einzelnes Material, sondern eine ganze Familie von Legierungen. Austenitische Legierungen wie 304 und 316 werden in der Industrie am häufigsten eingesetzt. Gleichzeitig zeichnen sie sich durch eine Reihe physikalischer Eigenschaften aus, die die Zerspanungsprozesse direkt erschweren.

Jede dieser Eigenschaften beeinflusst die Arbeitsweise der Maschine auf unterschiedliche Weise. Zusammen bilden sie eine Herausforderung, die eine sorgfältige Prozessplanung erfordert, noch bevor das Werkstück eingespannt wird.

Kaltverfestigung und ihre Auswirkungen auf Werkzeuge

Kaltverfestigung ist ein Phänomen, bei dem sich rostfreier Stahl unter mechanischer Beanspruchung während der Zerspanung verhärtet. Die Oberflächenhärte der Sorte 304 kann nach der Kaltverfestigung HV 300 überschreiten. Der Werkzeugverschleiß steigt dann um bis zu 50 % im Vergleich zur Bearbeitung einer unverfestigten Oberfläche.

Wenn das Werkzeug zu langsam oder zu lange an einer Stelle arbeitet, beginnt das Material unter der Schneide zu verhärten. Ein weiterer Durchgang trifft auf eine härtere Schicht und beschleunigt den Verschleiß der Schneide. Das Phänomen ist kumulativ, was bedeutet, dass jede nachfolgende Schicht schwieriger zu zerspanen ist.

Hauptauswirkungen der Kaltverfestigung:

• beschleunigte Abnutzung der Werkzeug-Freifläche
• Bildung von Mikrorissen an der Schneide
• Verschlechterung der Oberflächenqualität
• Anstieg der Schnittkräfte bei jedem weiteren Durchgang

Ein effektives Management der Kaltverfestigung erfordert eine kontinuierliche und gleichmäßige Vorschubgeschwindigkeit. Werkzeuge mit positivem Spanwinkel schneiden das Material sauberer, was die plastische Verformung der Zone nahe der Schneide begrenzt. Die Zufuhr von Kühlmittel unter hohem Druck direkt in die Schnittzone beschleunigt die Wärmeableitung und die Spanbildung.

Geringe Wärmeleitfähigkeit und Erwärmung der Schnittzone

Die Wärmeleitfähigkeit von rostfreiem Stahl beträgt nur ein Drittel bis ein Viertel des Wertes von Kohlenstoffstahl. Während der Zerspanung kann die Temperatur in der Kontaktzone zwischen Werkzeug und Material bis zu 1000 °C erreichen. Solch hohe Temperaturen beschleunigen die Oxidation von Werkzeugbeschichtungen und führen zu deren Abblättern.

Die Wärme wird nicht frei durch das Material abgeleitet, sondern konzentriert sich in einer schmalen Zone nahe der Schneide. Dies beschleunigt die Diffusion des Werkzeugmaterials in den Span und verschlechtert die Schneide. In der Praxis bedeutet dies, dass während der gesamten Bearbeitungszeit eine intensive Kühlung erforderlich ist.

Die Verwendung eines Kühlmittels mit 6–8% synthetischem Öl reduziert die Erwärmung und verlängert die Lebensdauer des Schneidwerkzeugs um bis zu 40%. Kühlschmierstoff-Zufuhrsysteme durch die Spindel, die unter einem Druck von über 70 bar arbeiten, durchdringen effektiv die Dampfbarriere, die sich am Schneidwerkzeug bildet, und entfernen Späne aus der Schnittzone.

Zerspankräfte und plastische Verformung des Materials

Edelstahl zeichnet sich durch eine hohe Duktilität aus. Das Material bricht nicht spröde, sondern verformt sich plastisch unter dem Werkzeug. Dies erzeugt erhebliche Zerspankräfte, die zu Verbiegungen schlanker Werkstücke oder zu Schwingungen im Werkzeugsystem führen können.

Besonders anfällig für Verformungen sind dünne Wände und lange, zwischen Spitzen gedrehte Teile. Schwingungen, umgangssprachlich als „Chatter“ bezeichnet, verschlimmern den Werkzeugverschleiß und zerstören die Oberflächenrauheit. Die Steifigkeit des gesamten Systems Werkzeugmaschine-Spannfutter-Werkstück-Werkzeug ist hier von entscheidender Bedeutung.

Die Schnitttiefe bei der Schruppbearbeitung von CNC-Metallbearbeitung sollte so gewählt werden, dass immer die durch den vorherigen Schnitt gehärtete Schicht durchtrennt wird. Eine zu geringe Tiefe führt dazu, dass das Werkzeug die gehärtete Oberfläche nur abschleift, anstatt sie zu zerspanen.

Neigung zur Aufbauschneidenbildung an der Werkzeugschneide

Eine Aufbauschneide, auch als adhäsive Aufbauschneide bekannt, ist ein mikroschichtiges Anschweißen des bearbeiteten Materials an die Schneide. Edelstahl neigt aufgrund seiner hohen Duktilität und chemischen Reaktivität bei erhöhten Temperaturen stark dazu, an Werkzeugen zu haften. Die Aufbauschneide verändert die Geometrie der Schneide und verschlechtert die Oberflächenqualität.

Die Aufbauschneide tritt hauptsächlich bei zu geringer Schnittgeschwindigkeit oder zu geringem Vorschub auf. Werkzeuge mit TiAlN- oder AlCrN-Beschichtung reduzieren die Adhäsion des bearbeiteten Materials am Substrat. Diese Beschichtungen behalten ihre Härte bei hohen Temperaturen und reduzieren die Reibung auf der Spanfläche.

Werkzeugverschleißmechanismen bei der Bearbeitung von Edelstahl:

• Abrasion durch harte Karbidpartikel in der Legierungsstruktur

• Adhäsiver Verschleiß durch Anhaften des bearbeiteten Materials

• Diffusionsverschleiß bei hohen Zerspanungstemperaturen

• Kerbverschleiß in der Schnitttiefe

Eine regelmäßige Kontrolle des Schneidwerkzeugzustands alle paar Minuten bei der Bearbeitung von Edelstahl ermöglicht es, den Grenznutzungsgrad zu erkennen, bevor es zu Beschädigungen des Werkzeugs und des Werkstücks kommt.

Vergleich der Bearbeitungsschwierigkeit von Edelstahl mit anderen Metallen

Der Platz von Edelstahl in der Hierarchie der Bearbeitungsschwierigkeit hängt von den angewandten Bewertungskriterien ab. Die Zerspanbarkeit von Materialien wird als Prozentsatz im Verhältnis zum Referenzmaterial, dem Automatenstahl 160 HB, ausgedrückt. Edelstahl der Güte 304 erreicht einen Zerspanbarkeitsindex von etwa 45–55%, während Aluminium 300–1500% erreicht.

Die Gegenüberstellung der Materialien zeigt, dass Edelstahl ein schwieriges, aber nicht das schwierigste Material in der Gruppe der industriell verwendeten Metalle ist.

Edelstahl im Vergleich zu Titan und Nickelbasislegierungen

Titan erfordert Schnittgeschwindigkeiten im Bereich von 9–18 m/min, während Edelstahl Geschwindigkeiten von 21–30 m/min toleriert. Niedrigere Geschwindigkeiten bedeuten längere Zykluszeiten und ein höheres Risiko, dass Späne am Werkzeug haften bleiben. Titanlegierungen neigen zudem zu schneller Kaltverfestigung und reagieren bei hohen Temperaturen mit dem Werkzeugmaterial.​

Nickelbasislegierungen, die in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Energiewirtschaft eingesetzt werden, sind in vielerlei Hinsicht noch schwieriger zu bearbeiten. Ihre Härte auf der Rockwell-Skala erreicht C40 und bleibt auch bei erhöhter Temperatur erhalten. Die CNC-Bearbeitung solcher Legierungen erfordert spezielle Werkzeuge aus Keramik oder kubischem Bornitrid (CBN) und extrem niedrige Schnittgeschwindigkeiten.​

Die folgende Tabelle zeigt ausgewählte Eigenschaften der drei Materialgruppen:

Die Daten aus der Tabelle bestätigen, dass rostfreier Stahl eine mittlere Position einnimmt. Seine Bearbeitung ist anspruchsvoll, aber vergleichbar mit Titan und deutlich einfacher als bei Nickellegierungen.

Die Position von rostfreiem Stahl in der Metallzerspanungsskala

Die Zerspanbarkeit hängt von mehreren Faktoren gleichzeitig ab: Härte des Materials, Wärmeleitfähigkeit, Duktilität und Neigung zur Aufbauschneidenbildung. Rostfreier Stahl 316 schneidet aufgrund seines höheren Molybdängehalts, der die Härte und Umformbarkeit erhöht, schlechter als 304.

Ferritischer rostfreier Stahl der Güte 430 erreicht eine Zerspanbarkeit, die mit Kohlenstoffstahl vergleichbar ist, und bereitet den Bedienern deutlich weniger Schwierigkeiten. Martensitische Stähle wie 420 können nach dem Härten eine Härte von 50 bis 55 HRC erreichen, was ihre Bearbeitung zu einem Prozess macht, der dem Schleifen ähnelt.

Wenn andere Materialien dem Bediener mehr Probleme bereiten

Gehärteter Stahl mit einer Härte von über 55 HRC erfordert CNC-Schleifen oder die Bearbeitung mit CBN-Werkzeugen. Herkömmliche Hartmetallfräser sind nicht in der Lage, ein solch hartes Material effektiv zu bearbeiten, ohne sich blitzschnell abzunutzen. Berylliumlegierungen und Kohlenstoffverbundwerkstoffe erzeugen hingegen giftige Stäube, die spezielle Schutzmaßnahmen erfordern.

Grauguss lässt sich trotz seiner Härte leichter zerspanen als rostfreier Stahl. Das Material bricht in Form von kurzen Spänen, was die Aufbauschneidenbildung begrenzt und die Wärmeableitung erleichtert. Aluminium und seine Legierungen verursachen trotz hoher Schnittgeschwindigkeiten selten Probleme mit der Werkzeugstandzeit. Die Frage nach dem schwierigsten Material hat keine eindeutige Antwort, da die Antwort immer vom Produktionskontext abhängt.

CNC-Bearbeitungstechniken und -parameter für rostfreien Stahl

Die richtige Vorbereitung des Prozesses ist wichtiger als die Wahl teurer Ausrüstung. Die Kenntnis des Bereichs der Zerspanungsparameter und ihrer gegenseitigen Abhängigkeiten ermöglicht eine gute Oberflächenqualität ohne übermäßigen Werkzeugverschleiß. Jede Entscheidung über Geschwindigkeit, Vorschub oder Art des Kühlmittels wirkt sich direkt auf die Bearbeitungsergebnisse aus.

Auswahl von Zerspanungswerkzeugen und Schutzbeschichtungen

Für die Bearbeitung von rostfreiem Stahl eignen sich am besten Hartmetalle der Klasse M (ISO). Diese Klasse ist speziell für schwer zerspanbare Materialien wie rostfreie und hitzebeständige Stähle bestimmt. Die Werkzeuggeometrie sollte einen positiven Spanwinkel berücksichtigen, der die Schnittkräfte reduziert und die Erwärmung der Zone begrenzt.

TiAlN-Beschichtungen behalten ihre Härte bis zu einer Temperatur von 800 °C und sind die am häufigsten verwendete Lösung. Neuere AlCrN-Beschichtungen sind bei höheren Temperaturen härter und eignen sich besser für die Trockenbearbeitung oder mit begrenzter Kühlmittelmenge. Eine DLC-Beschichtung (diamantähnlich) reduziert den Reibungskoeffizienten und begrenzt die Adhäsion des bearbeiteten Materials.

Kriterien für die Auswahl eines Werkzeugs für rostfreien Stahl:

• ISO-Klasse M oder Äquivalent für schwer zu bearbeitende Materialien
• positiver Spanwinkel von 5° bis 12°
• TiAlN-, AlCrN- oder Mehrschichtbeschichtung
• scharfe Schneide ohne übermäßige Fase
• optimierte Spanutgeometrie für eine effiziente Spanabfuhr

Werkzeuge mit Geometrie für Aluminium sind für rostfreien Stahl zu scharf und spröde. Werkzeuge für Kohlenstoffstahl haben einen zu kleinen Spanwinkel, was die Schnittkräfte und die Erwärmung erhöht.

Vorschubgeschwindigkeiten und Schnitttiefen beim CNC-Fräsen

Beim CNC-Fräsen von Edelstahl beträgt die empfohlene Schnittgeschwindigkeit 21–30 m/min für Hartmetallfräser mit Beschichtung. Die Spindeldrehzahl wird aus der Schnittgeschwindigkeit und dem Werkzeugdurchmesser berechnet. Der Vorschub pro Schneide sollte je nach Fräserdurchmesser und Schnitttiefe im Bereich von 0,03–0,08 mm liegen.​

Die Schnitttiefe bei der Schruppbearbeitung sollte nicht weniger als 0,5 mm betragen. Eine zu geringe Tiefe führt zum Verdrängen des Materials anstatt zum Zerspanen und beschleunigt die Oberflächenverfestigung. Bei der Schlichtbearbeitung beträgt die Schnitttiefe normalerweise 0,1–0,2 mm, und der Vorschub wird reduziert.

Das Gleichlauffräsen bietet stabilere Schnittbedingungen als das Gegenlauffräsen. Der Span wird von dick nach dünn gebildet, was die Neigung zu Vibrationen verringert und die Werkzeugstandzeit verlängert. Moderne Werkzeugwegstrategien wie das trochoidale Fräsen halten den konstanten Einhüllungswinkel des Fräsers aufrecht und belasten die Schneidkanten gleichmäßig.

Rolle von Kühl- und Schmiermitteln beim CNC-Drehen

Beim CNC-Drehen von Edelstahl erfüllt das Kühlmittel drei Aufgaben gleichzeitig: Es leitet Wärme ab, schmiert die Kontaktzone zwischen Werkzeug und Material und entfernt Späne aus dem Spanraum. Eine Öl-Wasser-Emulsion mit einer Konzentration von 6–8 % ist die Standardlösung für die meisten Dreharbeiten. Hochdruck-Kühlmittelsysteme mit über 70 bar erhöhen die Werkzeugstandzeit um 40–60 %.​

Die Minimalmengenschmierung (MQL) eignet sich für leichte Schlichtarbeiten. Das System dosiert einen Ölnebel direkt auf die Schneide in Mengen von wenigen Millilitern pro Stunde. Beim Schruppdrehen wird eine große Menge Kühlmittel zugeführt, um eine konstante Wärmeabfuhr zu gewährleisten.

Kryogenes Kühlen mit flüssigem Stickstoff ist eine Lösung für Bearbeitungen, die höchste Oberflächenqualität erfordern. Es erhält die Härte des Werkzeugs und verhindert dessen thermische Erweichung. Die Schnittzone wird auf Temperaturen unter 0 °C gekühlt, was den Aufbauschneidenbildung vollständig eliminiert.​

Tipp: Bei der Bearbeitung von tiefen Taschen oder Bohrungen lohnt es sich, die Kühlmittelzufuhr durch die Spindel zu verwenden. Ein Druck von über 70 bar entfernt Späne effektiv und kühlt die Schneide dort, wo äußere Düsen nicht hinkommen.

Präzise CNC-Metallbearbeitung bei CNC Partner

CNC Partner ist ein polnisches Unternehmen mit nachweisbaren Wurzeln, die fast 30 Jahre Erfahrung in der Zerspanung umfassen. Es entstand aus der Fusion zweier spezialisierter Einheiten und erweitert seit Beginn seiner Tätigkeit ständig seinen Maschinenpark und verbessert seine Produktionsprozesse. Es realisiert Aufträge für Kunden aus Polen und vielen europäischen Ländern, darunter Frankreich, Deutschland, Dänemark, die Schweiz und Belgien.

Leistungsspektrum umfasst sowohl die Einzelfertigung als auch die Serienproduktion, die in Tausenden von Stück gemessen wird. Die Angebotserstellung dauert zwischen 2 und 48 Stunden, die Lieferzeit beträgt je nach Komplexität des Projekts 3 bis 45 Tage. Jedes Teil durchläuft vor dem Versand an den Kunden eine strenge Qualitätskontrolle.

Umfassendes Spektrum an Zerspanungsdienstleistungen

CNC Partner bietet vier Hauptbereiche der Metallbearbeitung an, die sich gegenseitig ergänzen und die Realisierung von Projekten unterschiedlicher Komplexität ermöglichen.

Bereiche der CNC-Bearbeitung:

• CNC-Fräsen mit Toleranzen von bis zu wenigen Mikrometern, eingesetzt in der Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie und Medizin
• CNC-Drehen von Rotationskörpern aus Stahl bis zu einer Härte von 54 HRC, Aluminium, Messing und Kunststoffen
• CNC-Schleifen als Endbearbeitung für Teile, die eine Oberflächenglätte Ra und enge Maßtoleranzen erfordern
• Draht-Erodieren WEDM zum Schneiden von Materialien mit einer Härte von bis zu 64 HRC mit einer Toleranz von unter 1 μm

Jede Methode wird durch einen modernen Maschinenpark unterstützt, der mit fortschrittlicher Software programmiert wird. Die Prozesse des CNC-Fräsens und CNC-Drehens basieren auf computergesteuerten Maschinen, was die Wiederholgenauigkeit bei jeder Produktionsserie gewährleistet.

Draht-Erodieren WEDM als Ergänzung zur Zerspanung

Draht-Erodieren WEDM ist eine Methode, die ohne physischen Kontakt mit dem Material arbeitet. Elektrische Entladungen zwischen dem Messingdraht und dem zu bearbeitenden Teil verursachen eine präzise Erosion des Materials. Der Prozess findet in demineralisiertem Wasser statt, und die maximale Schnittlänge auf den CNC Partner-Maschinen beträgt 400 mm.

Die Methode bewährt sich dort, wo andere Bearbeitungsarten versagen: bei scharfen Innenkanten, dünnwandigen Teilen und Werkzeugstählen höchster Härte. Die Oberflächenqualität nach dem Drahtschneiden erreicht Ra ≤ 0,15 μm, und die Parallelität der Kanten bleibt unter 5 μm. Diese Genauigkeit ist beim klassischen CNC-Fräsen oder Drehen unerreichbar.

Kunden von CNC Partner bewerten die Dienstleistungen am höchsten, was durch die auf Google hinterlassenen Bewertungen bestätigt wird. Eine konstante Bewertung von 5,0 zeugt von der gleichbleibenden Qualität der ausgeführten Aufträge und einer reibungslosen Abwicklung in jeder Phase der Zusammenarbeit.

Um Dienstleistungen zu bestellen, die aktuelle Preisliste einzusehen oder Projektdetails zu besprechen, kontaktieren Sie einfach direkt CNC Partner. Die Spezialisten des Unternehmens beraten Sie bei der Auswahl der Bearbeitungsmethode, schätzen die Durchlaufzeit und erstellen ein Angebot, das auf Ihre spezifischen technischen Anforderungen zugeschnitten ist.

Die häufigsten Fehler von CNC-Bedienern bei der Bearbeitung von Edelstahl

Die meisten Probleme bei der Bearbeitung von Edelstahl entstehen nicht durch schlechte Ausrüstung, sondern durch Fehler bei der Planung oder Durchführung des Prozesses. Selbst erfahrene Bediener machen wiederkehrende Fehler, die die Lebensdauer von Werkzeugen verkürzen und die Qualität der Teile verschlechtern.

Falsche Auswahl der Schnittparameter

Eine zu niedrige Schnittgeschwindigkeit ist einer der häufigsten Fehler. Paradoxerweise schützt eine niedrige Geschwindigkeit das Werkzeug nicht, sondern begünstigt die Bildung von Aufschweißungen und ein langsames Verdrängen des Materials. Eine zu hohe Geschwindigkeit führt zu einer schnellen Erwärmung und einem schnellen Verschleiß der Werkzeugbeschichtung.

Ebenso falsch ist ein zu geringer Vorschub. Der Bediener stellt einen geringen Vorschub ein, in dem Glauben, dass eine vorsichtige Bearbeitung die Lebensdauer des Werkzeugs verlängert. Das Gegenteil ist der Fall: Das Werkzeug reibt am Material, anstatt es zu zerspanen, und verhärtet die Oberflächenschicht. Beim nächsten Durchgang trifft es auf ein härteres Material als zu Beginn.

Typische parametrische Fehler bei der Bearbeitung von Edelstahl:

1. Einstellung der Schnittgeschwindigkeit unter 18 m/min für austenitischen Stahl

2. Verwendung eines Vorschubs unter 0,03 mm pro Schneide beim Fräsen

3. Arbeiten mit einer Schnitttiefe unter 0,3 mm bei der Schruppbearbeitung

4. Fehlende Kühlung oder zu geringer Kühlmittelstrom

5. Kopieren von Parametern von Kohlenstoffstahl ohne Korrektur für Edelstahl

Die Schnittparameter sollten für die jeweilige Stahlsorte ausgewählt werden. Stahl 316 erfordert aufgrund seiner höheren Härte nach dem Kaltverfestigen etwa 10–15 % niedrigere Geschwindigkeiten als 304. Die Parameter des Werkzeugherstellers sind ein Ausgangspunkt, keine fertige Rezeptur für jeden Fall.

Vernachlässigung der Werkzeugverschleißkontrolle während des Betriebs

Bediener verlassen sich oft auf einen festen Zeitplan für den Werkzeugwechsel, der für leichtere Materialien festgelegt wurde. Bei der CNC-Bearbeitung von Edelstahl kann ein Werkzeug die Verschleißgrenze deutlich früher als im Zeitplan vorgesehen überschreiten. Ein zu stark abgenutztes Werkzeug erhöht die Schnittkräfte, beeinträchtigt die Oberflächenrauheit und kann im Material brechen.

Die Überwachung der Spindelaufnahme ist ein einfacher und effektiver Indikator für den Werkzeugverschleiß. Ein Anstieg der aufgenommenen Leistung bei konstanten Parametern signalisiert, dass die Schneide an Schärfe verliert. Die regelmäßige Überprüfung der Schneiden unter dem Mikroskop alle paar Minuten intensiver Arbeit eliminiert das Risiko eines unerwarteten Werkzeugbruchs im Material.

Hinweis: Bei der ersten Bearbeitung eines neuen Edelstahls ist eine Probe auf einem kurzen Stück mit Stopp und Werkzeugkontrolle ratsam. So lässt sich schnell überprüfen, ob die gewählten Parameter zu einem übermäßigen Verschleiß der Schneide führen.

FAQ: Häufig gestellte Fragen

Warum ist Edelstahl schwer zu bearbeiten?

Edelstahl vereint mehrere ungünstige Eigenschaften gleichzeitig. Er hat eine geringe Wärmeleitfähigkeit, wodurch sich die Wärme in der Schnittzone konzentriert, anstatt sich im Material zu verteilen. Die starke Neigung zur Kaltverfestigung führt dazu, dass jeder weitere Werkzeugdurchgang auf eine härtere Schicht trifft als der vorherige. Die hohe Zähigkeit erzeugt lange Späne, die sich um das Werkzeug wickeln und die Wärmeabfuhr erschweren.​

All diese Eigenschaften zusammen führen dazu, dass Werkzeuge schneller verschleißen und die Schnittparameter präziser gewählt werden müssen als bei typischem Kohlenstoffstahl.​

Welche Edelstahlsorte ist am schwierigsten zu bearbeiten?

Unter den gängigen Sorten ist Edelstahl 316 und seine Variante 316L am schwierigsten zu bearbeiten. Der höhere Anteil an Molybdän und Nickel erhöht die Härte nach der Verformung und die Schnittkräfte im Vergleich zur Sorte 304. Stahl 440C erreicht nach dem Härten eine Härte von über 55 HRC, was Keramik- oder Bornitrid-Werkzeuge erfordert.​

Ferritische Sorten wie 430 lassen sich deutlich leichter bearbeiten. Stahl 303 mit Schwefelzusatz hat die höchste Bearbeitbarkeit unter den gängigen Edelstählen. Die Wahl der Sorte für das Projekt beeinflusst direkt die Bearbeitungseffizienz und die Werkzeuglebensdauer.​

Welche Werkzeuge eignen sich am besten für die Bearbeitung von Edelstahl?

Werkzeuge aus Hartmetall der ISO-Klasse M sind die Standardwahl für die Bearbeitung von Edelstahl. Die Klasse M ist speziell für schwer zerspanbare Materialien, einschließlich austenitischer Stähle, konzipiert. TiAlN- und AlCrN-Beschichtungen behalten ihre Härte auch bei Temperaturen über 800°C, was den Diffusionsverschleiß der Schneide begrenzt.​

Die Werkzeuggeometrie sollte einen positiven Spanwinkel von 10° bis 15° aufweisen, was die Schnittkräfte reduziert und die Neigung des Materials zur Kaltverfestigung verringert. Die Schneide muss wirklich scharf sein, da selbst eine kleine Beschädigung der Kante die Oberflächenverfestigung beschleunigt und die Oberflächenqualität verschlechtert.​

Ist beim Bearbeiten von Edelstahl ein Kühlmittel unerlässlich?

Kühlmittel ist bei der Bearbeitung von Edelstahl von entscheidender Bedeutung. Die geringe Wärmeleitfähigkeit des Materials führt dazu, dass die Temperatur in der Schnittzone ohne Kühlung bis zu 1000°C erreichen kann. Eine so hohe Temperatur zerstört Werkzeugbeschichtungen und beschleunigt den Diffusionsverschleiß der Schneide.​

Eine Öl-Wasser-Emulsion mit einer Konzentration von 6–8% erfüllt gleichzeitig Kühl- und Schmierfunktion. Kühlmittelsysteme mit einem Druck von über 70 bar durch die Spindel verlängern die Werkzeuglebensdauer um 40–60%. Bei leichten Schlichtoperationen ist eine minimale Kühlmittelzufuhr in Form von Ölnebel zulässig.​

Was sind die häufigsten Fehler bei der Zerspanung von Edelstahl auf CNC-Maschinen?

Eine zu niedrige Schnittgeschwindigkeit einzustellen, ist ein äußerst häufiger Fehler. Paradoxerweise schützt eine niedrige Geschwindigkeit das Werkzeug nicht, sondern begünstigt die Bildung von Aufbauschneiden und die Oberflächenverfestigung. Ein zu geringer Vorschub führt dazu, dass die Schneide das Material reibt, anstatt es zu zerspanen, was zu einem schnellen Verschleiß der Schneide führt.​

Das Kopieren von Parametern, die für Kohlenstoffstahl verwendet werden, ohne Korrektur für Edelstahl, ist ein weiterer Fehler. Eine zu seltene Kontrolle des Werkzeugzustands führt dazu, dass eine abgenutzte Schneide weit über den Grenzwert hinaus arbeitet und sowohl das Werkzeug als auch das bearbeitete Teil beschädigt. Die regelmäßige Überwachung der Spindelmotorleistung ermöglicht es, übermäßigen Verschleiß zu erkennen, bevor es zu Schäden kommt.​

Wie beeinflusst die Kaltverfestigung das Fräsen von Edelstahl?

Kaltverfestigung tritt auf, wenn das Werkzeug das Material plastisch verformt, anstatt es sauber zu zerspanen. Die Oberfläche unter der Schneide verhärtet sich, und die Härte von Güte 304 kann nach der Kaltverfestigung HV 300 überschreiten. Jeder weitere Durchgang trifft auf eine härtere Schicht und verschleißt die Schneide schneller.​

Beim CNC-Fräsen von Edelstahl sollte die Schnitttiefe immer die Dicke der in der vorherigen Bearbeitung entstandenen verfestigten Schicht überschreiten. Gleichlaufende Bearbeitung und ein kontinuierlicher, gleichmäßiger Vorschub begrenzen dieses Phänomen effektiver als Gegenlauffräsen. Das Werkzeug sollte niemals im Material stoppen, da jede Unterbrechung der Bewegung die Oberfläche lokal verfestigt.

Zusammenfassung

Edelstahl ist ein anspruchsvolles Material, aber nicht das schwierigste unter allen in der Industrie verwendeten. Nickellegierungen, Titan oder Stahl mit einer Härte von über 55 HRC stellen die Bediener vor schwierigere Aufgaben. Doch gerade Edelstahl ist in der Produktion so weit verbreitet, dass Fehler bei seiner CNC-Bearbeitung die Branche erhebliche Mengen an Zeit und Werkzeugen kosten.

Das Verständnis der Mechanismen der Kaltverfestigung, die richtige Auswahl von Werkzeugen mit geeigneten Beschichtungen, die Arbeit mit den richtigen Zerspanungsparametern und die kontinuierliche Überwachung des Schneidenverschleißes sind die Grundlage einer effektiven Bearbeitung. Ein Bediener, der versteht, warum sich Edelstahl so und nicht anders verhält, kann Lösungen für jeden Fall auswählen und muss sich nicht nur auf fertige Rezepte verlassen.

Quellen:

1. https://pl.wikipedia.org/wiki/Stal_nierdzewna
2. https://pl.wikipedia.org/wiki/Obr%C3%B3bka_metali
3. https://pl.wikipedia.org/wiki/Computerized_Numerical_Control
4. https://www.ijert.org/research/experimental-investigation-and-optimization-of-cnc-turning-of-stainless-steel-316-IJERTCONV11IS07
5. https://www.mechanik.media.pl/pliki/do_pobrania/artykuly/22/2019_12_s0827.pdf
6. https://www.ijres.org/papers/Volume-10/Issue-5/Ser-8/I10054855.pdf
7. https://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-df33cb97-c489-470f-911f-8b3afa01d298/c/Labuda_Analiza_rozkladu_
8. https://journals.pan.pl/Content/134192/PDF/1135_2k.pdf