Drehen von Edelstahl
Edelstahl ist ein gängiger Konstruktionswerkstoff, der aufgrund seiner Festigkeit, Zähigkeit, Schlagfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit eingesetzt wird. Um aus rohem Edelstahl funktionale Produkte herzustellen, sind jedoch Bearbeitungs-, Fertigungs- und andere Verfahren erforderlich.
Unter verschiedenen Edelstahlbearbeitung Drehen ist ein Verfahren, das für die Herstellung zylindrischer Bauteile wie Wellen, Stangen, Bolzen, Buchsen und Kegel bekannt ist.
Da sich viele Edelstahllegierungen beim Drehen unterschiedlich verhalten, ist es wichtig, die Bearbeitbarkeit, die Werkzeugkompatibilität und andere Faktoren zu berücksichtigen, um fehlerfreie Bauteile zu gewährleisten.
Dieser Artikel behandelt die verschiedenen Aspekte des Drehens von Edelstahl, einschließlich der Edelstahlsorten, ihrer Vorteile und potenzieller Herausforderungen bei der Bearbeitung.
Was ist Edelstahldrehen?
Kegeldrehen
Drehen ist ein CNC-Bearbeitungsverfahren zur Herstellung rotationssymmetrischer Formen (zylindrisch, konisch, kugelförmig usw.) und Oberflächenstrukturen. Es eignet sich für alle Edelstähle, einschließlich gehärteter Werkzeugstähle.
Hersteller nutzen CNC-Drehmaschinen oder Drehzentren für Drehbearbeitungen. Diese ermöglichen hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten, hohe Präzision, Oberflächengüte und Wiederholgenauigkeit über mehrere Chargen hinweg. Daher ist das Drehen für alle Produktionsvolumina technisch und wirtschaftlich realisierbar.
" Beim Drehen rotiert das am Spindelstock befestigte Werkstück aus Edelstahl mit hoher Drehzahl, und das am Werkzeughalter befestigte Werkzeug bewegt sich in längs oder quer Anweisung zur Formgebung des Werkstücks."
Zu den gängigen Drehteilen aus Edelstahl gehören Getriebewellen, Hydraulikzylinder, Kraftstoffpumpenkomponenten, Bolzen und Buchsen.
Ist Edelstahl schwer zu drehen?
Ja, Edelstahl ist im Vergleich zu vielen anderen CNC-Bearbeitungswerkstoffen schwerer zu bearbeiten. Allerdings ist es nicht so schwierig wie beispielsweise bei Inconel und Titanlegierungen. Mit CNC-Bearbeitung lassen sich aus Stählen vielfältige Hochleistungsteile herstellen.
Folglich hängt die genaue Bearbeitbarkeit (bzw. der Schwierigkeitsgrad beim Drehen) von der jeweiligen Edelstahlsorte ab. Beispielsweise sind die Edelstahlsorten SS 303 und 304 leichter zu bearbeiten als der Edelstahl PH 17-4.
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Der Prozess des Edelstahldrehens
Das Drehen von Edelstahl umfasst mehrere Schritte, die sorgfältig ausgeführt werden müssen. Es beginnt mit der Erstellung einer Konstruktionszeichnung für das gewünschte Bauteil, gefolgt von Programmierung, Einrichtung, Drehen und Nachbearbeitung.
Betrachten wir nun jeden Schritt kurz.
- Ingenieur-Design: Erstellen Sie eine detaillierte Konstruktionszeichnung der Edelstahlteile, die Sie drehen möchten, mit klarer Form, Ausrichtung, Abmessungen, Toleranzen und anderen Variablen.
- Materialauswahl: Wählen Sie den für Ihre Anwendung geeigneten Bearbeitungsgrad des Edelstahls.
- CAM-Programmierung: Erstellen Sie mit einer geeigneten CAM-Software ein CNC-Programm für Ihre Konstruktion.
- Maschineneinrichtung: Spannen Sie das Werkstück ein und setzen Sie das Werkzeug in die Maschine ein; eine Halterung mit minimalem Überhang wird empfohlen.
- Drehbearbeitungen: Bedienen Sie die Maschine und überwachen Sie alle Drehvorgänge.
- Nachbearbeitung: Bei Bedarf Schleif-, Glasperlenstrahl-, Polier-, Beschichtungs- oder andere Bearbeitungsvorgänge durchführen.
Welche Edelstahlsorten werden beim CNC-Drehen verwendet?
Austenitisch, martensitisch, ferritisch, ausscheidungshärtend und Duplex sind die fünf Haupttypen von Gesteinen. Arten von Edelstahl Wird beim CNC-Drehen verwendet. Betrachtet man die Stahlsorten, so sind 303, 304, 316, 416, 430 und PH 17-4 die gängigsten.
Austenitische rostfreie Stähle
Austenitischem Edelstahl
Austenitischer Edelstahl ist nicht magnetisch und enthält Chrom, Nickel und Mangan als wichtigste Legierungselemente, Kohlenstoff ist nur in sehr geringen Mengen vorhanden.
Es ist nach seiner kubisch-flächenzentrierten (kfz) Kristallstruktur, dem sogenannten Austenit, benannt, die für ausgezeichnete Duktilität und gute Zähigkeit sorgt.
Obwohl alle AISI 200 & 300-Sorten zur Gruppe der austenitischen Edelstähle gehören, sind vor allem die Sorten 303 und 316 in der Zerspanung beliebt.
Bearbeitung von 303 Edelstahl
Im Vergleich zu anderen Edelstählen ist er gut bearbeitbar. Tatsächlich gilt 303 als der am einfachsten zu bearbeitende Edelstahl für alle Drehbearbeitungen.
Bearbeitung von 316 Edelstahl
316er Stahl enthält etwa 2–3 % mehr Molybdän, was für eine höhere Korrosionsbeständigkeit sorgt. Allerdings erhöht sich dadurch auch die Zähigkeit und die Kaltverfestigung, was das Drehen von Edelstahl im Vergleich zu 303er Edelstahl erschwert.
Martensitische rostfreie Stähle
Martensitische Edelstähle sind mit niedrigem und hohem Kohlenstoffgehalt erhältlich. Bearbeitungsfähige Sorten wie SS 416 enthalten Phosphor und Schwefel für eine bessere Zerspanbarkeit. Obwohl martensitische Stähle eine höhere Festigkeit als austenitische aufweisen, besitzen sie eine geringere Korrosionsbeständigkeit.
Ferritische rostfreie Stähle
ferritischer Edelstahl
Ferritische Edelstähle zeichnen sich durch einen hohen Chrom- und einen minimalen Kohlenstoffgehalt aus. Daher lassen sie sich durch Wärmebehandlung nicht härten, können aber geglüht werden und sind kostengünstig.
Edelstahl 430 ist die am häufigsten verwendete ferritische Edelstahlsorte in der Zerspanung. Er bietet eine mittlere Korrosionsbeständigkeit, die höher ist als die von martensitischen, aber im Allgemeinen niedriger als die von austenitischen Edelstahlsorten.
PH-Edelstähle
17-4 PHSS
Ausscheidungshärtnde Edelstähle (PH-Edelstähle) sind bekannt für ihre hohe Festigkeit und Härte, die durch die Zugabe von Legierungselementen wie Kupfer und Niob sowie durch ein spezielles Wärmebehandlungsverfahren, die sogenannte Aushärtung, erreicht wird.
17-4 Edelstahl ist die am häufigsten verwendete gehärtete Edelstahllegierung in der Zerspanung. Er bietet gute Bearbeitbarkeit mit AlTiN- und AlCrN-beschichteten Werkzeugen.
Duplex-Edelstähle
Duplex-Edelstähle bestehen aus ferritischen und austenitischen Gefügephasen, typischerweise in gleichen Anteilen. Daher kann der Hersteller bei Duplex-Sorten wie 2205 und 2507 die Eigenschaften zweier verschiedener Stahlsorten nutzen.
Zu den gängigen Anwendungsgebieten von Duplex-Edelstahldrehteilen gehören Rohrleitungen für die chemische Verfahrenstechnik, Pumpenkomponenten, Ventile und Armaturen.
Vorteile von Edelstahl
Edelstahl bietet als Fertigungswerkstoff zahlreiche Vorteile, darunter Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Schlagfestigkeit, thermische Stabilität und eine hygienische Oberfläche.
Hier sind die fünf wichtigsten Vorteile von Edelstahl:
1. Hohe mechanische Festigkeit
Edelstahl ist robust und bietet eine hohe Druck- und Zugfestigkeit bei gleichzeitig geringerem Gewichtsverhältnis als andere Stahlsorten.
2. Korrosionsbeständigkeit
Wenn Edelstähle Feuchtigkeit ausgesetzt sind, bilden sie eine schützende Chromoxidschicht, die Rost und Zersetzung verhindert.
3. Hohe Schlagfestigkeit
Es handelt sich um ein hochschlagfestes Material, das plötzliche Belastungen, mechanische Stöße und Vibrationen ohne Beschädigung absorbieren kann. Daher eignet sich Edelstahl für Hochleistungsmaschinenteile und Strukturbauteile.
4. Hygienische Oberfläche
Erstens sind viele Edelstahlsorten lebensmittelecht und hygienisch. Zweitens lassen sie sich leicht reinigen und pflegen.
5. Leistung bei erhöhten Temperaturen
Edelstähle behalten ihre Eigenschaften bis zu Temperaturen von ca. 980 °C, was für Hochtemperaturanwendungen wie Gasturbinenschaufeln und Flugzeugteile von Vorteil ist.
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Probleme und Herausforderungen beim Drehen von Edelstahl
Die Aussage, dass Edelstahl gut bearbeitbar ist, bedeutet nicht, dass er frei von Bearbeitungsproblemen und -herausforderungen ist. Beim Drehen können Probleme wie Wärmeentwicklung, Kaltverfestigung, Werkstückverformung, lange Späne, Werkzeugverschleiß und eine schlechte Oberflächengüte auftreten.
Im Folgenden werden wir diese Herausforderungen einzeln näher erläutern.
Hitzestau
Das Wärmemanagement stellt beim Drehen von Edelstahl eine große Herausforderung dar. Die geringe Wärmeleitfähigkeit von Edelstahl führt zu einer ineffizienten Wärmeabfuhr aus dem Bearbeitungsbereich, was bei mehrmaligem Werkzeugdurchgang zu einem Wärmestau führt.
Hitze kann den Werkzeugverschleiß beschleunigen und die Festigkeit und Härte des Werkstücks beeinträchtigen. Verwenden Sie daher Wasser, Öl oder halbsynthetische Kühlmittel.
Werkstückverformung
Das Edelstahlwerkstück kann sich während der Bearbeitung aus zwei Gründen verformen: zu starkes Einspannen oder unzureichende Schnittkräfte und -vorschübe. Übermäßige Kräfte verursachen innere Spannungen, die zu Mikrorissen führen.
Kaltverfestigung
Hohe Schnittkräfte und Reibung verursachen plastische Verformungen der Materialoberfläche, durch die das Werkzeug greift und hindurchführt, was zu höherer Härte und Festigkeit führt. Werkstoffe wie 304, 201 und 316 sind besonders anfällig für dieses Problem.
Herausforderung beim Entfernen von Spänen
Spanabfuhr
Beim Drehen von Edelstahl entstehen lange, durchgehende Späne, die sich leicht verwickeln und dadurch die Spanabfuhr erschweren. Sie blockieren Bearbeitungsbereiche und führen so zu Maß- und Oberflächenfehlern. In manchen Fällen kann die Spanverstopfung sogar zum Bruch des Drehmeißels führen.
Mangelhafte Oberflächenbeschaffenheit im maschinell bearbeiteten Zustand
Oberflächenbeschaffenheit von CNC-gedrehten Teilen
Ungeeignete Werkzeuge und Werkzeuggeometrien führen zu mangelhaften Oberflächen bei gedrehten Edelstahlteilen. Die anschließende Härtung des Werkstücks verschlechtert die Oberflächengüte zusätzlich, da die Härte zunimmt.
Verwenden Sie daher die richtigen Drehparameter, das richtige Kühlmittel und die richtigen Drehwerkzeuge. Sollte ein Werkzeug Verschleißerscheinungen aufweisen, muss es umgehend ausgetauscht werden.
Verschleiß am Drehwerkzeug
Härte von Edelstahl Die Härte ist höher als bei anderen gängigen CNC-Werkstoffen; manche Sorten erreichen sogar 110 HRB. Daher verschleißen die Schneidkanten schneller. Dies führt zu Maßungenauigkeiten und einer raueren Oberfläche. Um diesem Problem entgegenzuwirken, sollten hartbeschichtete Werkzeuge verwendet und der Verschleiß regelmäßig überwacht werden.
Bearbeitbarkeit von Edelstahl und Einflussfaktoren
Nimmt man AISI 1212-Stahl als Referenz, so liegt die Zerspanbarkeit von Edelstahl je nach Sorte oder Güte zwischen 30 und 70 %. Die Edelstahlsorten 303, 430 und 420 sind besser zerspanbar als 304 und 316.
Als Nächstes betrachten wir die wichtigsten Faktoren, die die Bearbeitbarkeit von Edelstahl beeinflussen: Härte, Wärmeleitfähigkeit, Zähigkeit, Werkzeuggeometrie, Werkzeugverschleiß und Kaltverfestigungsgrad. .
- Härte: Je härter Edelstahlsorten sind, desto schwieriger lassen sie sich bearbeiten.
- Wärmeleitfähigkeit: Eine höhere Wärmeleitfähigkeit bedeutet, dass die bei der Bearbeitung entstehende Wärme effektiv abgeführt wird.
- Zähigkeit: Bei zähem Stahl besteht ein größeres Risiko von Werkstückbruch und Verformung.
- Werkzeuggeometrie: Für eine bessere Bearbeitbarkeit beim Drehen von Edelstahl ist eine geeignete Werkzeuggeometrie unerlässlich.
- Werkzeugverschleiß: Verschleiß an den Schneidkanten erschwert den Drehvorgang, daher regelmäßig prüfen und gegebenenfalls austauschen.
- Kaltverfestigung: Eine hohe Kaltverfestigungsrate verringert die Bearbeitbarkeit von Edelstahl.
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Summieren
Das Drehen von Edelstahl ist ein vielseitiges Verfahren zur Herstellung von rotationssymmetrischen Bauteilen für die Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Lebensmittelverarbeitungs-, Medizin- und andere Anwendungen.
Die Wahl des richtigen Werkzeugtyps, Materials und der passenden Geometrie sowie der richtigen Schnittgeschwindigkeit und des richtigen Vorschubs ist entscheidend für Präzision und Oberflächengüte. Zusätzlich müssen Sie die Art des verwendeten Edelstahls und die damit verbundenen Bearbeitungsherausforderungen berücksichtigen.
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Wir verfügen über hochmoderne Werkstätten, die mit mehrachsigen CNC-Drehmaschinen, Fräsmaschinen, Drehzentren, Schleifmaschinen, EDM-Maschinen, Laserschneidanlagen und verschiedenen Qualitätskontrollinstrumenten ausgestattet sind.
Häufig gestellte Fragen
Ist Edelstahl schwer zu drehen?
Ja, Edelstahl ist im Vergleich zu Aluminium und anderen CNC-Werkstoffen schwer zu bearbeiten. Das liegt an seiner hohen Zähigkeit, Steifigkeit und geringen Leitfähigkeit.
Welches Metall lässt sich am einfachsten auf einer Drehbank bearbeiten?
Aluminium ist das am einfachsten auf einer Drehbank zu bearbeitende Metall. Aluminiumlegierungen bieten eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit und können mit engen Toleranzen und hoher Oberflächengüte bearbeitet werden.
Was versteht man unter maschinell bearbeitetem Edelstahl?
Bei maschinell gedrehtem Edelstahl handelt es sich um ein spezielles Drehverfahren für Edelstahl, das eine dekorative, polierte Oberfläche mit einem unverwechselbaren Aussehen erzeugt.
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