Wann ist CNC-Schleifen besser als Fräsen bei der Stahlbearbeitung?

Die Wahl des Stahlbearbeitungsverfahrens entscheidet darüber, ob das fertige Bauteil strenge Maßnormen erfüllt. CNC-Schleifen und Fräsen sind zwei unterschiedliche Prozesse, von denen sich jeder unter bestimmten Bedingungen bewährt. Die Frage, wann CNC-Schleifen besser als Fräsen ist, stellt sich jedes Mal, wenn ein Konstrukteur oder Technologe vor der Wahl des Endbearbeitungsverfahrens für Präzisionsteile steht.

Das Fräsen entfernt große Materialmengen schnell und effizient. Es ermöglicht die Erzielung komplexer Formen, Nuten, Gewinde und Kanäle. Es ist jedoch kein Werkzeug, um Oberflächen mit sehr geringer Rauheit zu erzielen oder gehärteten Stahl über 60 HRC zu bearbeiten. Genau hier kommt die CNC-Schleifbearbeitung ins Spiel, die nach völlig anderen Prinzipien arbeitet.

Die Grenze zwischen beiden Prozessen wird nicht nur durch die Materialhärte bestimmt, sondern vor allem durch die erforderliche geometrische Genauigkeit und die Oberflächengüteklasse. Wenn eine Toleranz im Bereich von ±0,005 mm nicht ausreicht und das Projekt Abweichungen im Mikrometerbereich erfordert, wird Schleifen zur einzig rationalen Antwort.

Wann übertrifft CNC-Schleifen das Fräsen bei der Stahlbearbeitung?

Die Leistungsgrenze des CNC-Fräsens ist Produktionsingenieuren gut bekannt. Bei der Endbearbeitung von hochfestem Stahl oder Bauteilen, die eine sehr glatte Oberfläche erfordern, reicht Fräsen nicht mehr aus. Das CNC-Schleifen übernimmt dann die Rolle des abschließenden Prozesses, der das Bauteil in einen Zustand bringt, der der technischen Dokumentation entspricht.

Maßtoleranzen und Oberflächenrauheit nach dem CNC-Schleifen

Das CNC-Schleifen ermöglicht das Erreichen von Maßtoleranzen der Klassen IT4 bis IT6, was Abweichungen in der Größenordnung von 2 bis 10 Mikrometern bedeutet. Fräsen ergibt selbst bei sorgfältigster Einstellung die Klassen IT8 bis IT11, also Toleranzen von über zehn bis zu über hundert Mikrometern. Der Unterschied ist also nicht nur qualitativ, sondern quantitativ und entscheidet direkt darüber, ob das Bauteil korrekt mit anderen Teilen des Mechanismus zusammenarbeiten wird.

Die Oberflächenrauheit, gemessen mit dem Parameter Ra, beträgt nach dem Schleifen 0,1 bis 1,6 μm. Fräsen erreicht Ra-Werte im Bereich von 0,8 bis 6,3 μm, und bei Schruppoperationen liegen die Werte zwischen 5 und 20 μm. Für Bauteile, die dichte Passungen erfordern oder unter Dichtungen arbeiten, haben solche Unterschiede einen direkten Einfluss auf die Haltbarkeit und Ausfallsicherheit.

Die durch CNC-Schleifen erzielte geometrische Präzision umfasst nicht nur lineare Abmessungen. Die Konzentrizität von zylindrischen Wellen kann unter 0,005 mm gehalten werden, und die Ebenheit von flachen Oberflächen kann auf Werte von weniger als 0,01 mm reduziert werden. Solche Parameter kann das Fräsen in der Serienfertigung nicht gewährleisten.

Bearbeitung von gehärtetem Stahl, wo das Fräsen an Effizienz verliert

Stahl, der über 45 HRC gehärtet ist, stellt das Fräsen vor eine große Herausforderung. Schneidwerkzeuge verschleißen schneller, die Schnittkräfte steigen, und das Risiko von Vibrationen und thermischen Verformungen nimmt signifikant zu. Bei einer Härte von über 60 HRC ist Fräsen aufgrund des Werkzeugverschleißes und der Bearbeitungszeit schlichtweg unwirtschaftlich.

Das Schleifen trägt Material durch Mikro-Zerspanung mit Schleifkörnern ab. Jedes Schneidkorn wirkt wie eine einzelne, sehr feine Schneide. Die beim Schleifen entstehende Wärme wird mit dem Kühlmittel abgeführt und das Aufmaß Schicht für Schicht abgetragen. Dies ermöglicht es, die Struktur und Härte von gehärtetem Stahl zu bewahren, ohne das Risiko eines Anlassens der Oberflächenschicht.

Schleifscheiben aus normalem Edelkorund werden zum Schleifen von Baustählen verwendet, während CBN-Schleifscheiben (kubisches Bornitrid) sich für gehärtete Stähle mit einer Härte von über 55 HRC eignen. Diamantschleifscheiben hingegen sind für die härtesten Materialien bestimmt, einschließlich Werkzeugstahl nach vollständiger Härtung. Die Wahl der Schleifscheibe für das jeweilige Material beeinflusst direkt die Prozesseffizienz und die Oberflächenqualität.

Branchenanforderungen, die Schleifen anstelle von Fräsen erfordern

Industrienormen in mehreren Fertigungszweigen schreiben das Schleifen ausdrücklich als erforderliches Verfahren für die Endbearbeitung vor. Die Luft- und Raumfahrtindustrie, die Medizintechnik und die Feinmechanik arbeiten mit Rauheitsbereichen Ra von 0,1 bis 0,8 μm, die durch Fräsen nicht regelmäßig erreicht werden können.

Branchen, die CNC-Schleifen erfordern:

• Luftfahrt: Motorenkomponenten, Bolzen und Turbinenwellen mit Toleranzen von ±10 bis ±50 μm und Ra 0,1–0,8 μm
• Medizintechnik: Implantate und chirurgische Instrumente mit Ra unter 0,05 μm und einem Schneidenwinkel unter 15°
• Automobilindustrie: Zylinderlaufflächen, Nockenwellen und Dichtungen mit Ra 0,1–1,6 μm
• Energiewirtschaft: Turbinen- und Generatorwellen mit einer Konzentrizität unter 0,02 mm

ISO-Normen für Lagersitze erfordern Toleranzen der Klassen IT5 bis IT7 auf Wellen und in Lagergehäusen. Das Erreichen dieser Klassen nach dem Fräsen ist nur bei sehr langsamen Vorschüben und mehrfachen Durchgängen möglich, was das CNC-Schleifen nach dem Härten zu einem wirtschaftlich sinnvollen Prozess macht. Die Präzision bei der Herstellung von Schneidwerkzeugen, z. B. Bohrern und Fräsern, erfordert das Schärfen nach dem Härten genau durch das Schleifverfahren.

Wie unterscheiden sich die technischen Parameter beim Schleifen und Fräsen von Stahl?

Ein Vergleich beider Methoden anhand technischer Parameter verdeutlicht, warum es keine universell „bessere“ Methode für jede Situation gibt. Schleifen und Fräsen ergänzen sich im technologischen Prozess, und die Wahl zwischen ihnen ergibt sich direkt aus den Anforderungen der Dokumentation und dem Fertigungsstadium.

Geometrische Genauigkeit und Toleranzbereich beider Methoden

Die durch Fräsen und Schleifen erreichten Toleranzen unterscheiden sich um eine Größenordnung. CNC-Fräsen erreicht standardmäßig Toleranzen von ±0,1 mm bei der Schruppbearbeitung und ±0,005 mm bei Schlichtoperationen. CNC-Schleifen erreicht Werte bis zu ±0,001 mm, und spezialisierte Schleifzentren erzielen Genauigkeiten nahe ±0,00254 mm.

Die folgende Tabelle stellt die wichtigsten technischen Parameter beider Methoden bei der Stahlbearbeitung gegenüber:

IT-Toleranzklassen definieren den Genauigkeitsgrad: IT01 ist die engste Toleranz, IT16 die weiteste. CNC-Schleifen ist am Ende der Skala angesiedelt, das eine hohe Präzision erfordert, während Fräsen in den mittleren Klassen liegt, die allgemeinen mechanischen Anforderungen entsprechen.

Schnittgeschwindigkeit und Materialabtragsrate

Fräsen ist ein effizienterer Prozess in Bezug auf die Masse des abgetragenen Materials. Schaftfräser können bei einem Durchgang mehrere Millimeter Material abtragen, was das Fräsen zu einem geeigneten Werkzeug für die Formgebung eines Werkstücks macht. Schleifen arbeitet anders und trägt pro Durchgang Schichten von wenigen bis zu einem Dutzend Mikrometern ab.

Die Schnittgeschwindigkeit beim Schleifen von gehärtetem Stahl mittels Tiefschleifen (Creep-Feed Grinding) liegt zwischen 5 und 10 mm³/mm/s. Diese Werte sind deutlich niedriger als beim Fräsen, jedoch liefert jeder Durchgang ein vorhersehbares und maßgenaues Ergebnis. Die Schleifbearbeitungszeit ist länger, eliminiert jedoch die Notwendigkeit für spätere Nachbearbeitungsschritte.

Arten von Schleifscheiben und Fräsern für die Stahlbearbeitung

Die Wahl des Schneidwerkzeugs bestimmt das Endergebnis der Bearbeitung. Fräser für gehärteten Stahl verfügen über eine spezielle Geometrie mit negativem Spanwinkel, flachen Nuten und einem dicken Kern. Diese Geometrie erhöht die Widerstandsfähigkeit des Werkzeugs gegenüber hohen Schnittkräften bei der Bearbeitung von Materialien mit einer Härte von über 45 HRC.

Am häufigsten verwendete Schleifscheiben beim Schleifen von Stahl:

• Edelkorund (Al₂O₃): bestimmt für Baustähle und weiche Werkzeugstähle
• CBN-Schleifscheiben: bestimmt für gehärteten Stahl über 55 HRC, behalten ihre Form über lange Zeit bei
• Diamantschleifscheiben: bestimmt für Werkzeugstahl nach vollständiger Härtung und Hartmetall

Eine CBN-Schleifscheibe zeichnet sich durch eine um ein Vielfaches höhere Standzeit gegenüber konventionellen Schleifscheiben aus. Sie kann tausendfach profiliert (abgerichtet) werden, wobei die konstante Profilform erhalten bleibt. Bei der Serienfertigung von gehärteten Stahlbauteilen ermöglicht dies eine Maßhaltigkeit, die mit Standard-Schneidwerkzeugen nicht erreichbar ist.

Einfluss der Schnitttemperatur auf die Oberflächenqualität von Stahl

Die Temperatur in der Schnittzone ist einer der Hauptfaktoren, die die Oberflächenqualität von Stahl beeinflussen. Beim Fräsen von gehärtetem Stahl können hohe Temperaturen die Materialstruktur lokal verändern und Mikrorisse oder eine Änderung der Härte der Randschicht verursachen. Dieser Effekt ist besonders bei geringen Schnitttiefen und hohen Geschwindigkeiten sichtbar.

Schleifen unter Verwendung von Kühlschmierstoff führt die Wärme aus der Kontaktzone zwischen Schleifscheibe und Material effektiv ab. Die Kühlflüssigkeit senkt die Temperatur der Schleifkörner und der Oberfläche des Werkstücks. Die korrekte Anwendung von Kühlschmierstoff verhindert das sogenannte Schleifbrandphänomen, das die Härte der Randschicht des Stahls zerstört.

Rauheitsparameter Ra von 0,06 bis 0,08 μm werden bei sehr geringen Schleiftiefen (0,004 mm) und niedrigen Tischvorschubgeschwindigkeiten erreicht. Das Überschreiten der Vorschubgeschwindigkeit von über 1,8 m/min beim Schleifen von Stahlteilen führt zu einem deutlichen Anstieg der Oberflächenrauheit.

In welchen Anwendungen ist CNC-Schleifen die einzig richtige Wahl?

Einige Maschinenelemente müssen so strengen Anforderungen genügen, dass es schlichtweg keine Alternative zum CNC-Schleifen gibt. Dies betrifft vor allem Bauteile, die unter hohen dynamischen Belastungen arbeiten, bei denen jeder Mikrometer Abweichung die Lebensdauer und Sicherheit der Baugruppe beeinflusst.

Präzisionsteile für Lager, Wellen und Führungen

Wälzlager erfordern eine Wellenpassung mit einer Toleranzklasse von IT5 bis IT6. Bei hochpräzisen Elektromotoren wird eine Wellentoleranzklasse von IT5 empfohlen, was einer Abweichung von 4 bis 8 Mikrometern bei Durchmessern von 30 bis 80 mm entspricht. Fräsen bietet in der Serienfertigung keine solche Wiederholgenauigkeit.

Präzisionswellen für Lager werden rundgeschliffen. Spezialisierte Rundschleifmaschinen mit Stützsystemen verhindern das Durchbiegen langer Wellen während der Bearbeitung. CNC-Schleifzentren, wie sie von CNC Partner eingesetzt werden, erreichen eine Rundlaufgenauigkeit von unter 0,005 mm und eine Oberflächenrauheit von bis zu Ra 0,63 μm. Diese Werte entsprechen direkt den Industriestandards für Präzisionslager.

Arten von Präzisionsteilen, die geschliffen werden müssen:

• Wellen von Elektromotoren und Turbinen: Durchmesser von 30 bis 2000 mm, Ra 0,4–1,6 μm
• Linearführungen: Ebenheit unter 0,01 mm, Ra 0,2–0,8 μm
• Lagersitze und -zapfen: Klassen IT5–IT7, Rundlaufgenauigkeit unter 0,005 mm
• Kolbenstangen von Hydraulikzylindern: Ra unter 0,4 μm, Härte über 55 HRC

Linearführungen von CNC-Maschinen müssen eine Oberfläche mit einer Ebenheit von unter 0,01 mm auf einer Länge von einem Meter aufweisen. Das Flachschleifen erfüllt diese Anforderung auf wiederholbare Weise. Die Genauigkeit der Werkzeugbewegung hängt direkt von der Qualität der Führungen ab, weshalb deren Schleifbearbeitung die Präzision der gesamten Maschine beeinflusst.

Zerspanungswerkzeuge, die nach dem Härten geschärft werden müssen

Zerspanungswerkzeuge wie Bohrer, Fräser, Gewindebohrer und Reibahlen werden aus Schnellarbeitsstahl oder Hartmetall hergestellt. Nach dem Härten erreicht ihre Härte 64 bis 68 HRC. Schneidkanten können ausschließlich durch Schleifen geformt werden, da kein Fräser Material mit einer solchen Härte schneiden kann.

Das Schärfen von Zerspanungswerkzeugen erfordert einen Schneidenwinkel von unter 15° bei einer Rauheit von Ra unter 0,1 μm. CNC-Schleifen auf spezialisierten 5-Achs-Maschinen ermöglicht die präzise Formgebung von Spannuten, Schneidkanten und Spanflächen. Die Genauigkeit der Geometrie beeinflusst direkt die Standzeit des Werkzeugs und die Qualität der damit durchgeführten Bearbeitung.

Hinweis: Verwenden Sie beim Schärfen von Schneidwerkzeugen nach dem Härten feinkörnige CBN-Schleifscheiben (150 bis 320) mit niedriger Vorschubgeschwindigkeit, um ein Verbrennen der Oberflächenschicht und einen Härteverlust der Kanten zu vermeiden.

Präzise CNC-Metallbearbeitung und Dienstleistungen von CNC Partner

Bei anspruchsvollen Industrieprojekten zählt nicht nur die Qualität der Maschinen, sondern vor allem die Erfahrung und das Spektrum der verfügbaren Technologien. CNC Partner ist ein Unternehmen mit langjähriger Erfahrung in der präzisen Metallbearbeitung, das sowohl Einzelaufträge als auch Serienfertigungen mit tausenden Stückzahlen realisiert. Eine schnelle Auftragsabwicklung und Lieferung innerhalb der gesamten Europäischen Union ermöglichen es dem Unternehmen, Kunden aus Frankreich, Deutschland, Dänemark, der Schweiz und Belgien zu bedienen.

Jeder Auftrag durchläuft eine strenge Qualitätskontrolle. Ein Kostenvoranschlag ist innerhalb von 2 bis 48 Stunden verfügbar, und die Lieferzeit beträgt je nach Komplexität des Projekts zwischen 3 und 45 Arbeitstagen.

Leistungsspektrum der CNC-Bearbeitung

Professionelle CNC-Metallbearbeitung bei CNC Partner umfasst vier technologische Hauptbereiche, die an unterschiedliche Branchenanforderungen angepasst sind:

• Metallfräsen: CNC-Fräsen komplexer Komponenten mit höchster geometrischer Genauigkeit, sowohl in der Einzel- als auch in der Serienfertigung
• Präzisionsdrehen: CNC-Drehen von Elementen unterschiedlicher Komplexität mit hoher Oberflächenqualität
• Fertigschleifen: CNC-Schleifen mit einer Maßgenauigkeit von bis zu Ra 0,63 μm, bestimmt für gehärteten Stahl und Präzisionselemente
• Drahterodieren: WEDM-Drahterodieren, das eine präzise Formgebung von Materialien mit einer Härte von bis zu 64 HRC ermöglicht

Der Maschinenpark von CNC Partner umfasst Fräszentren mit einem Arbeitsbereich von bis zu 1700 x 900 x 800 mm, Drehmaschinen mit angetriebenen Werkzeugen und Winkelköpfen, Schleifmaschinen mit einem Arbeitsbereich von bis zu 2000 x 1000 mm sowie zwei Drahterodiermaschinen.

Kunden und Auftragsabwicklung

Die Dienstleistungen von CNC Partner richten sich an Produktionsunternehmen, Konstruktionsbüros, die Prototypen bestellen, sowie an Betriebe, die externe Spezialoperationen in Auftrag geben. Jeder Auftrag wird versandt, und bei größeren Verträgen liefert das Unternehmen die Elemente mit eigenem Transport direkt an den Empfänger. Eine schnelle Lieferung innerhalb der Europäischen Union ist Standard bei der Abwicklung jedes Auftrags.

Vor der Entscheidung für einen Produktionsauftrag finden Sie detaillierte Informationen zu den Kooperationsbedingungen auf der Seite der Preisliste für Metallbearbeitungsdienstleistungen. Die Meinungen bisheriger Kunden bestätigen die hohe Qualität der ausgeführten Aufträge, und eine vollständige Sammlung der Kundenbewertungen von CNC Partner ist bei Google Maps verfügbar. Detaillierte Angebotsanfragen und technische Beratungen werden über die Seite Kontakt zu CNC Partner entgegengenommen.

Wie wählt man die Methode der Stahlbearbeitung passend zu den technologischen Anforderungen aus?

Die Wahl der Bearbeitungsmethode beginnt mit der Analyse der technischen Dokumentation des Werkstücks. Die Materialhärte, die erforderliche Toleranzklasse, die erwartete Rauheit Ra und die Größe der Produktionsserie sind die vier Parameter, die den richtigen technologischen Weg bestimmen.

Stahlhärte und die Wahl zwischen Schleifen und CNC-Fräsen

Die in der Rockwell-Skala (HRC) gemessene Stahlhärte ist das grundlegende Auswahlkriterium. Stahl mit einer Härte von bis zu 38 HRC kann problemlos mit Standard-Hartmetallfräsern gefräst werden. Über 45 HRC ist das Fräsen zwar möglich, erfordert jedoch Fräser mit spezieller Geometrie und geringen Schnitttiefen.

Bei einer Härte von über 55 HRC wird das CNC-Schleifen zur dominierenden Methode. Die Schnittkräfte beim Fräsen solch harter Materialien sind um ein Vielfaches höher als beim Schleifen, was zu schnellem Werkzeugverschleiß und dem Risiko einer Verformung des Werkstücks führt. Die präzise Schleifbearbeitung entfernt Material ohne nennenswerte Radialkräfte, was die Geometrie dünnwandiger Elemente schützt.

Produktionsserie und Bearbeitungszeit als Entscheidungsfaktoren

Bei der Einzelteilfertigung kann sich das Schleifen selbst dann als sinnvoll erweisen, wenn die Fräsgenauigkeit technisch ausreichen würde. Die Bearbeitung einer Welle auf einer Schleifmaschine nimmt deutlich mehr Zeit in Anspruch als das Fräsen, aber diese Zeit ist vorhersehbar und sicher für die Qualität des Produkts. Große Produktionsserien rechtfertigen die Investition in CNC-Schleifmaschinen mit automatischem Werkstückwechsel.

Entscheidende Faktoren für die Wahl der Methode:

1. Erforderliche Maßtoleranz und IT-Klasse der Dokumentation
2. Materialhärte nach der Wärmebehandlung (HRC)
3. Zulässige Rauheit Ra aus der technischen Zeichnung
4. Seriengröße und Bearbeitungszykluszeit
5. Produktionsphase: Schruppbearbeitung oder Schlichtoperation

Bei der Serienfertigung werden oft beide Prozesse kombiniert. Das Fräsen übernimmt die Schrupparbeit und verleiht dem Werkstück seine Form, während das CNC-Schleifen die letzten 0,01 bis 0,05 mm abträgt und die Abmessungen auf die IT5- oder IT6-Klasse bringt. Diese Reihenfolge der Prozesse minimiert den Verschleiß der Schleifscheiben und verkürzt die Schleifzeit auf das notwendige Minimum.

Oberflächengüte und in der Industrie angewandte Ra-Normen

Die Ra-Norm beschreibt den arithmetischen Mittenrauwert des Rauheitsprofils. Bei der Konstruktion von zusammenwirkenden Oberflächen gibt die technische Dokumentation immer den zulässigen Ra-Wert an. Das Schlichtfräsen erreicht als Grenze des Machbaren Ra 0,8 μm, während das CNC-Schleifen im Standardprozess bis auf Ra 0,1 μm heruntergeht.

Für Oberflächen von Hydraulikdichtungen ist ein Ra-Wert von unter 0,4 μm erforderlich. Bei Gleitflächen von Gleitlagern gibt die Norm Ra 0,2 bis 0,4 μm vor. Beide Werte liegen unter der durch Fräsen erreichbaren Grenze, was das CNC-Schleifen für solche Anwendungen zu einer obligatorischen Methode macht.

Chirurgische Instrumente und medizinische Implantate erfordern sogar Ra-Werte unter 0,05 μm. Diese Werte können ausschließlich durch Präzisionsschleifen mit feinkörnigen Schleifscheiben und strenger Kontrolle der Prozessparameter erzielt werden. Materialien wie der für chirurgische Instrumente verwendete Edelstahl 440C erfordern spezielle Schleifscheiben, die an die Eigenschaften korrosionsbeständiger Stähle angepasst sind.

Hinweis: Beginnen Sie bei der Wahl der Bearbeitungsmethode immer mit dem Ra-Wert aus der technischen Zeichnung. Wenn der Ra-Wert niedriger als 0,8 μm ist, ist das CNC-Schleifen die einzige Methode, die eine Wiederholbarkeit in der Serienfertigung gewährleistet.

FAQ: Häufig gestellte Fragen

Kann CNC-Schleifen bei jeder Stahlbearbeitung anstelle von Fräsen eingesetzt werden?

Das CNC-Schleifen ersetzt das Fräsen nicht in jedem Fall. Das Fräsen bewährt sich bei der Formgebung, dem Bohren von Löchern und der Schruppbearbeitung von Weichstahl bis 38 HRC. Das CNC-Schleifen kommt als Schlichtschritt oder als einzig mögliche Methode bei Stählen mit einer Härte von über 55 HRC zum Einsatz.

Beide Prozesse ergänzen sich gegenseitig im Produktionszyklus. Das Fräsen übernimmt die formgebende Arbeit, und das Schleifen bringt das Werkstück auf die erforderliche Toleranzklasse und Oberflächenrauheit. Die Kombination beider Methoden verkürzt die Schleifzeit und verlängert die Lebensdauer der Schleifscheiben.

Welche Oberflächenrauheit Ra wird beim CNC-Schleifen von Stahl erzielt?

Das CNC-Schleifen von Stahl ermöglicht unter Standardproduktionsbedingungen eine Rauheit Ra von 0,1 bis 1,6 μm. Bei sehr feinkörnigen Schleifscheiben und geringen Schnitttiefen kann der Ra-Wert unter 0,05 μm sinken, was bei medizinischen Instrumenten und Elementen von Hydraulikdichtungen erforderlich ist.

Das Schlichtfräsen erreicht als Grenze des Machbaren Ra 0,8 μm. Jede Anwendung, die einen Ra-Wert unter 0,8 μm erfordert, benötigt einen Schleifprozess. Die technische Zeichnung gibt immer den zulässigen Ra-Wert an, daher beginnt die Auswahl der richtigen Bearbeitungsmethode bei diesem Wert.

Wie beeinflusst die Stahlhärte die Wahl zwischen Schleifen und CNC-Fräsen?

Die Härte, gemessen auf der Rockwell-Skala (HRC), bestimmt die Wirtschaftlichkeitsgrenze des Fräsens. Stahl bis 38 HRC lässt sich mit Standard-Hartmetallfräsern ohne größere Schwierigkeiten fräsen. Über 45 HRC steigen die Schnittkräfte rapide an, Werkzeuge verschleißen schneller und das Risiko einer Werkstückverformung nimmt zu.

Bei einer Härte von über 55 HRC wird das CNC-Schleifen zum einzig sinnvollen Verfahren. CBN-Schleifscheiben (kubisches Bornitrid) behalten ihre Profilform auch bei Stählen, die über 60 HRC gehärtet sind, über lange Zeit bei. Der Einsatz der richtigen Schleifscheibe für die entsprechende Stahlhärteklasse entscheidet über die Qualität und Effizienz der Bearbeitung.

In welchen Industriezweigen ist das CNC-Schleifen ein obligatorischer Prozess?

Die Luft- und Raumfahrtindustrie erfordert Toleranzen von ±10 bis ±50 μm und eine Rauheit von Ra 0,1 bis 0,8 μm bei Triebwerkskomponenten und Turbinenwellen. Solche Parameter werden beim Fräsen in der Serienfertigung nicht regelmäßig erreicht. Das CNC-Schleifen ist ein obligatorischer Prozess bei der Herstellung von Präzisionsteilen für die Luftfahrt.

Die Medizintechnik stellt noch höhere Anforderungen, mit einem Ra-Wert von unter 0,05 μm für Implantate und chirurgische Instrumente. Die Automobilindustrie erfordert das Schleifen von Zylinderlaufflächen, Nockenwellen und Dichtflächen mit einem Ra-Wert von 0,1 bis 1,6 μm. Hersteller von Präzisionslagern setzen das CNC-Schleifen bei jedem Bauteil ein, das eine Toleranzklasse von IT5 bis IT6 erfordert.

Zusammenfassung

CNC-Schleifen ist dem Fräsen überall dort überlegen, wo geometrische Genauigkeit und Oberflächenqualität zum entscheidenden Faktor für die Funktionalität des Bauteils werden. Toleranzen der Klassen IT4 bis IT6, Oberflächenrauheit Ra von 0,1 bis 1,6 μm sowie die Möglichkeit der Bearbeitung von gehärtetem Stahl über 55 HRC sind drei Bereiche, in denen das Schleifen ein unersetzlicher Prozess ist. Das Fräsen bleibt ein Werkzeug für die Grob- und Formbearbeitung, während das CNC-Schleifen den Produktionszyklus mit voller Maßpräzision abschließt.

Die Entscheidung für ein Bearbeitungsverfahren von Stahl sollte auf der Analyse von vier Parametern basieren: Materialhärte, erforderliche Toleranz, zulässiger Ra-Wert und Produktionslosgröße. Bei einer Härte von über 45 HRC und einer Toleranz von unter ±0,005 mm ist das CNC-Schleifen keine Option mehr, sondern eine technologische Notwendigkeit. Die Kenntnis der Grenze zwischen beiden Methoden ermöglicht es, kostspielige Fehler zu vermeiden und die Zeit bis zur Produktionsreife zu verkürzen.

Quellen:

1. https://www.academia.edu/33096341/Economical_and_technological_study_of_surface_grinding_versus_face_milling_in_hardened_AISI_D3
2. https://www.ijert.org/an-analysis-of-surface-roughness-ra-rz-material-removal-rate-and-residual-stresses-in-cylindrical-grinding
3. https://www.mechanik.media.pl/pliki/do_pobrania/artykuly/22/2017_11_s1006_eng.pdf
4. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2214785321021404
5. https://ijrame.com/wp-content/uploads/2022/08/V10i802.pdf
6. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11721546/
7. https://etasr.com/index.php/ETASR/article/view/9505
8. https://en.wikipedia.org/wiki/Grinding_(abrasive_cutting)
9. https://en.wikipedia.org/wiki/Milling_(machining)
10. https://en.wikipedia.org/wiki/Surface_roughness
11. https://en.wikipedia.org/wiki/Engineering_tolerance