Edelstahlbearbeitung: Güten, Anwendungen und Herausforderungen

„Bei der Edelstahlbearbeitung wird das Rohmaterial durch Materialabtrag mit geeigneten Zerspanungsoperationen und Schneidwerkzeugen in die gewünschte Form gebracht.“

Wir können die rostfreien Teile überall sehen, von Schrauben für Möbel bis hin zu Automobil- und medizinischen Komponenten. Diese Anwendungen werden mit unterschiedlichen Methoden hergestellt, darunter Edelstahlbearbeitung, Metallverarbeitung, Gießen und Schmieden. Bei den Bearbeitungsvorgängen wird das Material mit geeigneten Schneidwerkzeugen vom Edelstahlwerkstück entfernt, bis die gewünschte Form entsteht. 

Je nach Design der gewünschten Teile werden Edelstahlteile durch Schneiden, Fräsen, Drehen, Bohren, Schleifen und andere Bearbeitungsverfahren bearbeitet. In diesem Artikel werden die verschiedenen Bearbeitungstechniken, Anwendungen usw. für Edelstahl näher erläutert.

Einführung in die Edelstahlbearbeitung

Edelstahl ist eine hochfeste und korrosionsbeständige Legierung mit mindestens 10.2 % Chrom und 1.2 % Kohlenstoff. Er kann sowohl mit konventionellen Bearbeitungsmaschinen als auch mit modernen CNC-Maschinen bearbeitet werden. Konventionelle Bearbeitung von Edelstahl beinhaltet die manuelle Bedienung von Maschinen wie Drehmaschinen und konventionellen Fräsmaschinen, was in der Regel zeitaufwändig ist und erfahrene Bediener erfordert. Folglich sind konventionelle Maschinen präzise; sie können eine Toleranz von ±0.13 bis 0.25 mm mit Edelstahl. Bei der CNC-Bearbeitung von Edelstahl wird ein computergesteuerter Prozess eingesetzt, der die Werkzeugbewegung automatisiert und so eine präzise Bearbeitung ermöglicht, die schneller ist als bei der manuellen Bearbeitung.

Bearbeitung von Werkstücken aus rostfreiem Stahl

Hier sind die Schritte zur Herstellung von CNC-gefrästen Edelstahlteilen:

• Entwerfen: CAD-Design mit detaillierten Funktionen, Bemaßung und Toleranzen in Computerdesignsoftware.
• G/M-Code: Die CAM-Software konvertiert das CAD-Design in G- oder M-Codes und die Informationen sind für die CNC-Bearbeitung lesbar. Sie dient hauptsächlich zur Steuerung der Werkzeugbewegung in einem optimalen Bearbeitungspfad.
• Werkzeug- und Werkstückeinrichtung: Das entsprechende Schneidwerkzeug wird in der Spindel und das Edelstahlwerkstück im Arbeitstisch oder Spannfutter befestigt. 
• Bearbeitung: Das Schneidwerkzeug folgt dem vorgegebenen Pfad automatisch, bis die gewünschte Geometrie erreicht ist.
• Nachbearbeitung: Zur Verbesserung der Glätte wird eine Oberflächenveredelung wie Schleifen, Plattieren oder Kugelstrahlen durchgeführt. 

Edelstahl-Bearbeitungssorten

Nichtrostende Stähle

Fast alle Edelstahlsorten sind mit CNC-Bearbeitungsprozessen kompatibel und einige sind frei bearbeitbare Güten. Dies bedeutet modifizierte Güten mit hoher Bearbeitbarkeit, wie 303, 316, 403F und 430F. Die frei bearbeitbaren Edelstahlgüten werden durch Zugabe von Schwefel, Selen oder anderen Elementen hergestellt, die während des Bearbeitungsprozesses als Spanbrecher und Schmiermittel wirken. 

• Edelstahl 303 (UNS S30300)
• Edelstahl 304 (UNS S30400)
• 316 Edelstahl (UNS S30400
• 310S Edelstahl (UNS S31008)
• Edelstahl 416 (UNS S41600)
• 420F Edelstahl (UNS S42020)
• 430FSe Edelstahl (UNS S43023)
• 17-4 PH Edelstahl (UNS S17400)
• Edelstahl 304L (UNS S30403)
• Edelstahl 316L (UNS S31603)

Darüber hinaus sind 304 und 316 die beiden beliebtesten Güten bei Bearbeitungsprojekten. Vergleich von Edelstahl 304 und 316, 316 enthält 2-3 % mehr Nickel als 304, was die Korrosionsbeständigkeit gegenüber Chloridumgebungen deutlich verbessert. Darüber hinaus gibt es eine weitere Methode, um Edelstahlteile korrosionsbeständiger zu machen, genannt Passivierung von Edelstahl. Es bildet sich eine Schicht aus 2Cr2O3 auf einer Edelstahloberfläche, die die freien Eisenionen neutralisiert.

Arten der Edelstahlbearbeitung

Lasergeschnittener Edelstahl 

Darüber hinaus sind die gängigen Arten der Edelstahlbearbeitung Laserschneiden, Fräsen, Bohren, Drehen und Schleifen;

Laserschneiden von Edelstahl 

Obwohl sowohl Faser- als auch CO2-Laserschneider Edelstahl schneiden können, werden Faserlaser aufgrund ihrer Geschwindigkeit und Präzision bevorzugt. Beim Laserschneiden von Edelstahl wird ein hochintensiver Laserstrahl verwendet, der auf die Schneidposition gerichtet ist und das Metall schmilzt oder verdampft, um einen sauberen Schnitt zu erzeugen. Die Leistung des Lasers hängt von der Dicke des Edelstahlblech.

CNC-Fräsen aus Edelstahl 

Beim CNC-Fräsen von Edelstahl wird das Werkstück auf einem Tisch befestigt und von rotierenden Fräsern entsprechend dem programmierten Entwurf geformt. Diese äußerst vielseitige Maschine führt mit den entsprechenden Werkzeugen Schneid-, Profilierungs-, Bohr-, Schlitz- und Konturierungsvorgänge aus. Die typische Toleranz beim Fräsen von Edelstahl beträgt 0.13 mm, kann aber auch nur 0.05 mm betragen. Darüber hinaus können mit dem CNC-Fräsen von Edelstahl komplexe Teile für verschiedene industrielle Anwendungen hergestellt werden, von Automobilkomponenten bis hin zu Geräten zur Lebensmittelverarbeitung.

CNC-Drehen von Edelstahl 

Bei der Drehbearbeitung von Edelstahl wird anstelle des Schneidwerkzeugs ein Stahlwerkstück gedreht, wobei Material entfernt wird, um es in die gewünschte Geometrie zu bringen. Diese Methode eignet sich ideal für rotationssymmetrische Edelstahlteile wie Wellen und Buchsen. Zusätzlich werden für diesen Bearbeitungsprozess CNC-Drehmaschinen oder Turingmaschinen verwendet.

CNC-Bohren in Edelstahl 

Eine CNC-Bohrmaschine verwendet Bohrer mit Hartmetall- oder Diamantbeschichtung, um tiefe Löcher in Werkstücke aus rostfreiem Stahl zu bohren. Beim Bohren von rostfreiem Stahl geht es hauptsächlich um zylindrische Löcher mit unterschiedlichen Durchmessern. Sie wird häufig zur Herstellung von Komponenten verwendet, die präzise Löcher erfordern, wie z. B. Leiterplatten (PCBs), Motorteile sowie Industriekomponenten und -geräte.

CNC-Schleifen von Edelstahl

Dies ist der Nachbearbeitungsschritt, bei dem CNC-gefräste Edelstahlteile in eine rotierende Schleifscheibe mit einer Schleifschicht auf der Oberfläche eingeführt werden. Bei diesem Vorgang werden kleinere Materialmengen von der Edelstahloberfläche entfernt und Oberflächenfehler und Unregelmäßigkeiten beseitigt, um eine glatte (bis zu 0.13 μm) und gleichmäßige Oberfläche zu erhalten. Die üblichen Schleifmittel zum Schleifen von Edelstahl sind Aluminiumoxid (Al2O3), Zirkonoxid und Siliziumkarbid (SiC).

Die Korngrößenverteilung beim Schleifen von Edelstahl ist wie folgt:

• Grobe Körnung (16 – 60): Zunächst schneller Materialabtrag, dann grober Schliff.
• Mittlere Körnung (80 – 180): Zwischenschleifen zur Vorbereitung der Oberflächen für die weitere Endbearbeitung, beispielsweise Eloxieren oder Plattieren.
• Sehr feine Körnung (800 – 3000): Diese Hochglanz-Finishing-Technik entfernt feine Kratzer und erzeugt ein spiegelähnliches Finish.

Biegen von Edelstahl 

Edelstahlbleche, -rohre und -stangen können in bestimmte Formen oder Profile gebogen werden. In der Fertigung und Produktion Biegen Edelstahl wird für verschiedene Teile und Produkte verwendet. Einige Beispiele sind Automobilabgassysteme, Strukturkomponenten für die Luft- und Raumfahrt, Rohrleitungen usw. 

Der Mechanismus zum Biegen von Edelstahl umfasst normalerweise eine Abkantpresse und einen Matrizenmechanismus. Das Werkstück wird in die Matrize mit dem erforderlichen Biegewinkel gelegt (U und V sind übliche Matrizen). Dann übt die Abkantpresse Druck auf das Werkstück aus, wodurch es sich entlang eines gewünschten Winkels oder einer gewünschten Kurve verformt. Zu den Techniken gehören Abkantpressen, Rollbiegen und Rotationszugbiegen, wobei jeweils spezielle Werkzeuge verwendet werden, um präzise, ​​wiederholbare Biegungen zu erzielen.

Anwendungen der Edelstahlbearbeitung in verschiedenen Branchen

Die Bearbeitung von rostfreiem Stahl wird bei Anwendungen eingesetzt, die eine hohe Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit erfordern. Kohlenstoffstähle eignen sich auch für duktile Teile und Produkte. Darüber hinaus ist dieses Fertigungsverfahren hinsichtlich des Produktionsvolumens flexibel, vom Rapid Prototyping bis hin zu Großserien.

Die Anwendungsbeispiele von Bearbeitung von Edelstahll sind wie folgt;

• Luft- und Raumfahrt: Flugzeugtriebwerkskomponenten, Fahrwerksteile, Befestigungselemente, Hydrauliksystemkomponenten, Turbinenschaufeln, Hitzeschilde, Kraftstoffsystemkomponenten usw.
• Automobil: Auspuffkomponenten, Getriebewellen, Motorventile, Fahrwerkskomponenten, Einspritzdüsen, Aufhängungsteile usw.
• Medizinisch: Chirurgische Instrumente, Implantate, Injektionsnadeln, kardiovaskuläre Stents, medizinisches Mobiliar usw. 
• Lebensmittelverarbeitung: Lagertanks, Förderbänder, Schneide- und Aufschneidewerkzeuge, Abfüll- und Verpackungsmaschinen, Wärmetauscher, Mischgeräte usw.
• Öl und Gas: Hochdruckpumpenkomponenten, Ventilkörper, Bohrlochwerkzeuge, Flansche und Verbindungsstücke, Teile für Bohrausrüstung usw.
• Elektronik: Kühlkörper, Gehäuse, PCB-Halterungen, Montagehalterungen usw.
• Marine:  Motorteile, Gelenkwellen, Decksbeschläge, Rumpfbeschläge, Lenkungskomponenten usw.

Herausforderungen bei der Edelstahlbearbeitung

Obwohl die Bearbeitung von Edelstahl mehrere Vorteile bietet, sind seine Härte, schnelles Aushärten durch Hitzestau und schlechte Oberflächengüte die größten Herausforderungen im Bearbeitungsprozess. Diese können jedoch durch Gegenmaßnahmen angegangen oder gelöst werden.

Tabelle: Herausforderungen bei der Edelstahlbearbeitung 

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Die CNC-Fertigung von Edelstahl erfordert ein Verständnis der Materialeigenschaften und eine geeignete Auswahl an Bearbeitungswerkzeugen. Bei Proleantech arbeiten unsere erfahrenen Ingenieure eng mit den Kunden zusammen, um die Anforderungen zu verstehen und die Bearbeitung mit fortschrittlicher mehrachsiger CNC-Ausrüstung durchzuführen. 

Darüber hinaus kann unsere Erfahrung in der Zusammenarbeit mit der Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Medizin-, industriellen Verarbeitungs- und anderen Branchen Ihnen helfen, auf dem Markt wettbewerbsfähig zu bleiben. Unser umfangreiches Netzwerk an Materialversorgungsketten und unsere fortschrittliche CNC-Infrastruktur senken die Bearbeitungskosten im Vergleich zu westlichen Unternehmen erheblich.

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Wichtige Erkenntnisse

1. Edelstahl ist eine hochfeste, korrosionsbeständige Legierung, die mit herkömmlichen und modernen CNC-Geräten bearbeitet werden kann. 
2. Die gängigen Bearbeitungsarten sind Fräsen, Drehen, Bohren, Schleifen und Laserschneiden.
3. Durch Zusatz von Elementen wie Schwefel und Selen werden Automatensorten wie 303, 316, 416 und 430F für eine bessere Bearbeitbarkeit modifiziert.
4. Die Anwendungen kommen häufig in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, der Medizin, der Lebensmittelverarbeitung, der Öl- und Gasindustrie, der Elektronikindustrie, der Schifffahrt und vielen weiteren Branchen zum Einsatz.
5. Zu den potenziellen Herausforderungen bei der Bearbeitung von Edelstahl zählen schlechte Bearbeitbarkeit, Überhitzung, lange Zykluszeiten und ein perfektes Finish. 

Häufig gestellte Fragen

Welche Verfahren zur Edelstahlbearbeitung gibt es?

CNC-Fräsen, Drehen, Bohren, Schleifen und Laserschneiden sind Standardbearbeitungsverfahren für Werkstücke aus rostfreiem Stahl. Hersteller wählen das Verfahren basierend auf der erforderlichen Präzision, Komplexität und Anwendung des bearbeiteten Teils aus.

Sind CNC-gefräste Stahlteile langlebig?

Ja, CNC-gefräste Stahlteile sind äußerst langlebig. Bei regelmäßiger Wartung halten sie oft mehr als 20 Jahre.

Ist die Bearbeitung von rostfreien Stählen teuer?

Die Werkzeuge können teurer sein als bei anderen weicheren Metallen und Kunststoffen, aber die Vorteile, wie Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit, rechtfertigen die etwas höheren Kosten.

Welche CNC-Zerspanungswerkzeuge eignen sich für die Edelstahlbearbeitung?

Zu den für die Edelstahlbearbeitung geeigneten CNC-Schneidwerkzeugen zählen hartmetallbestückte, Schnellarbeitsstahl- (HSS) und Keramikwerkzeuge, da sie hohe Temperaturen und hohen Druck aushalten.

Wofür werden Bearbeitungsteile aus Edelstahl verwendet?

CNC-Maschinen und Edelstahlkomponenten werden in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, der Medizintechnik, der Lebensmittel- und Getränkeverarbeitung und im Bauwesen eingesetzt.

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