Kapitel 1. Was ist edelstahl CNC Bearbeitung?
Die CNC-Bearbeitung von Edelstahl gilt als subtraktives Fertigungsverfahren, bei dem computergesteuerte Maschinen zur Bearbeitung von Edelstahl eingesetzt werden.
Zunächst erstellt ein Ingenieur ein digitales 3D-Modell. Anschließend wird dieses mithilfe von CAM-Software in maschinenlesbaren Code umgewandelt. Die Schneidwerkzeuge werden dann vom Computer mit einer Genauigkeit im Mikrometerbereich bewegt. Da die Anweisungen an die Maschinen ebenfalls digital erfolgen, werden wiederkehrende Arbeitsgänge automatisch ausgeführt und die bei der Bearbeitung auftretenden Abweichungen eliminiert.
Kapitel 2. Drei Hauptverfahren der CNC-Bearbeitung von Edelstahl
CNC Fräsen
Bei diesem Verfahren kommen Rotationsfräser zum Einsatz. Komplexe Formen, Nuten und Bohrungen werden im Werkstück erzeugt. Die Bearbeitung nicht-zylindrischer Teile erfolgt mit dieser Methode.
CNC-Drehen
Das Werkstück wird gedreht, während das Schneidwerkzeug stillsteht. Anschließend wird das Schneidwerkzeug gegen das Werkstück gedreht, wodurch die gewünschte Form erzeugt wird. Dieses Bearbeitungsverfahren eignet sich nur für zylindrische Teile.
CNC Bohren
In das Werkstück werden Löcher gebohrt. Dieses Verfahren wird häufig mit Fräsen oder Drehen kombiniert.
Kapitel 3. Edelstahlsorten für die CNC-Bearbeitung
Die Auswahl der Güteklasse gilt als der wichtigste Aspekt bei jedem Bearbeitungsprozess, insbesondere bei Edelstahl.
Es stehen fünf Arten von Edelstahl zur Verfügung, und jede Sorte hat ihre eigene Bearbeitbarkeit.
3.1 Austenitischer Edelstahl
Die Familie der austenitischen Edelstähle zeichnet sich durch ihre nichtmagnetischen Eigenschaften, ihre gute Umformbarkeit und ihre hohe Korrosionsbeständigkeit aus. Rund 70 % des gesamten produzierten Edelstahls sind austenitisch.
Primäre Legierungselemente: Chrom, Nickel, Mangan, Molybdän
Schlüsseleigenschaften: Schweißbarkeit, Umformbarkeit, Korrosionsbeständigkeit
| Klasse | Empfohlene Anwendungen | Hinweise zur Bearbeitbarkeit |
| 303 | Komplexe Teile in großen Stückzahlen | Durch die Schwefelzugabe wird eine bessere Zerspanbarkeit ermöglicht; eine geringere Korrosionsbeständigkeit wird in Kauf genommen. |
| 304 / 304L | Allzweckkomponenten | Ausgezeichnetes Verhältnis von Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit; 18/8-Zusammensetzung |
| 316 | Marine und chemische Umgebungen | Molybdän bietet eine hervorragende Beständigkeit gegen Lochfraß. |
| 321H | Hochtemperatur-Motorteile | Die Stabilisierung mit Titan verhindert die Ausscheidung von Karbiden. |
| 309S | Kontinuierliche Einwirkung hoher Temperaturen | Ein hoher Chromgehalt verhindert Oxidation. |
3.2 Ferritischer Edelstahl
Die magnetischen Eigenschaften in Verbindung mit der hohen Wärmeleitfähigkeit machen ferritische Edelstähle attraktiv. Da eine Wärmebehandlung nicht erforderlich ist, ist im Vergleich zu austenitischen Stählen mit einer geringeren Zähigkeit zu rechnen. Die Bearbeitbarkeit ist relativ gut.
Gemeinsame Noten – 405, 409, 430, 442
Typische Anwendungsbereiche – Fahrzeugausstattung, Schiffsbeschläge, Zierteile
3.3 Duplex-Edelstahl
Die Kombination aus austenitischen und ferritischen Phasen im Mikrogefüge ist charakteristisch für diese Stähle. Sie bieten außergewöhnliche Festigkeit und hervorragende Korrosionsbeständigkeit.
Gängige Klassen – 2205, 2507 (Superduplex), 2304
Typische Anwendungsbereiche – Chemische Verarbeitung, Offshore-Bau, Anwendungen unter hohen Belastungen
3.4 Martensitischer und ausscheidungshärtender Edelstahl
Diese wärmebehandelten Stähle zeichnen sich durch hohe Festigkeit und Verschleißfestigkeit aus. PH- und martensitische Stähle enthalten wenig bzw. viel Kohlenstoff. PH-Stähle sind ausscheidungshärtend, ohne dass die Korrosionsbeständigkeit beeinträchtigt wird.
Martensitische Stahlsorten – 410, 420, 440A
PH-Noten – 17-4 PH, 17-7 PH, A-286
Typische Anwendungen – Besteck, Ventile, chirurgische Instrumente, Luft- und Raumfahrtteile
Kapitel 4. Vorteile der CNC-Bearbeitung von Edelstahl
Korrosionsbeständigkeit ist gewährleistet. Der Chromgehalt reagiert mit Sauerstoff, und die Oberfläche regeneriert sich selbst.
Die Produktionsmöglichkeiten sind vielseitig. Es gibt viele Arten, die bearbeitet werden können, sodass Ingenieure die jeweils am besten geeignete Methode verwenden können.
Eine hohe Zugfestigkeit ist erreichbar. Die in diesen Legierungen enthaltenen Elemente, wie Chrom, Nickel, Titan und Molybdän, verleihen diesen Stählen hohe mechanische Eigenschaften.
Die Oberflächenbeschaffenheit bleibt ansprechend. Der hohe Chromgehalt sorgt für dauerhaften Glanz. Eine zusätzliche Beschichtung ist nicht erforderlich.
Die Kältebeständigkeit bleibt erhalten. Werkstoffe wie 304L weisen auch bei Minustemperaturen Duktilität und Zähigkeit auf. Sprödbrüche werden ebenfalls minimiert.
Kapitel 5. Häufige Herausforderungen und technische Lösungen
Herausforderung 1: Wärmestau
Edelstahl zeichnet sich durch eine geringe Wärmeleitfähigkeit aus. Dadurch staut sich die Wärme in der Schnittzone. Dies führt zu Werkzeugverschleiß oder Werkstückverformung vor dem geplanten Zeitpunkt.
✅ Lösung: Die Verwendung von Kühlmitteln auf Ölbasis wird empfohlen. Zusätzlich sind moderate Schnittgeschwindigkeiten und scharfe Werkzeuggeometrien ratsam. Sobald eine Überhitzung festgestellt wird, ist die Bearbeitung zu stoppen und das System abkühlen zu lassen, bevor die Untersuchung durchgeführt wird.
Herausforderung 2: Chipbildung
Bei der CNC-Bearbeitung von Edelstahlteilen entstehen lange, fadenförmige Späne. Dadurch besteht die Gefahr von Werkzeugverstopfungen, Beeinträchtigungen der Oberflächengüte und Werkzeugüberhitzung.
✅ Lösung: Der Einsatz von Hochdruckkühlsystemen wird empfohlen. Zusätzlich sind Spanbrecher ratsam. Scharfe Werkzeuggeometrien sind ebenfalls empfehlenswert, da sie das beim Bearbeiten entstehende Spanvolumen begrenzen.
Herausforderung 3: Arbeitshärtung
Bei der CNC-Bearbeitung von Edelstahlteilen tritt Kaltverfestigung auf. Dadurch werden nachfolgende Bearbeitungsgänge erschwert.
✅ Lösung: Gleichlauffräsen wird empfohlen. Zusätzlich ist ein gleichmäßiger Vorschub ratsam. Das Werkzeug sollte nicht schleifen, sondern das Werkstück stets bearbeiten.
Herausforderung 4: Werkzeugverschleiß und Kosten
Bei der CNC-Bearbeitung von Edelstahlteilen sind hochwertige Werkzeuge erforderlich. Dies liegt an der Härte des Edelstahls. Daher sind die Werkzeugkosten zwangsläufig höher.
✅ Lösung: Werkzeugbeschichtung und -geometrie müssen auf die Edelstahlsorte abgestimmt sein. Zudem ist eine hohe Werkzeugschärfe ratsam. Die Bearbeitungsparameter sollten optimiert und eine ausreichende Werkzeugkühlung sichergestellt werden.
[Es stehen auch andere Maßnahmen zur Arbeitsverhütung zur Verfügung.]
Kapitel 6. Industrielle Anwendungen von CNC-Bearbeitung aus rostfreiem Stahl
Es gibt über 150 Edelstahlsorten. Daher findet die CNC-Bearbeitung von Edelstahl in allen Fertigungsindustrien Anwendung.
Automobilindustrie
Es werden Achsen, Wellen, Abgasanlagen, Motorkomponenten und Bremsleitungen hergestellt.
Hardware-Industrie
Es werden Scharniere, Befestigungselemente, Distanzstücke, Präzisionsräder und Montagehalterungen hergestellt.
Luft-und Raumfahrtindustrie
Es werden Fahrwerke, Buchsen, Klemmen und Strukturbauteile gefertigt.
Marine Industrie
Propeller, Antriebswellen, Takelagebeschläge und Borddurchführungen werden aus korrosionsbeständigen Legierungen hergestellt.
Medizinischer Sektor
Chirurgische Instrumente, Zangen, Ligaturgeräte, Katheter und Implantate werden präzisionsgefertigt aus biokompatiblen Legierungen.
Kapitel 7. Häufig gestellte Fragen
Frage 1: Welche Edelstahlsorte lässt sich am einfachsten bearbeiten?
A1: Edelstahl 303 gilt als der am besten zerspanbare Stahl. Durch die Zugabe von Schwefel wird die Spanbildung verbessert und die Schnittkräfte reduziert. Die Korrosionsbeständigkeit wird dadurch etwas beeinträchtigt. Bei komplexen Bauteilen in der Serienfertigung ist dieser Kompromiss jedoch vertretbar.
Frage 2: Ist Edelstahl nach der CNC-Bearbeitung für eine Wärmebehandlung geeignet?
A2: Martensitische und ausscheidungshärtende Stähle können wärmebehandelt werden. Austenitische und ferritische Stähle hingegen sind nicht wärmebehandelbar. Ist eine Wärmebehandlung nach der Bearbeitung erforderlich, sollten die Stähle 17-4 PH, 410 und 420 gewählt werden.
Frage 3: Warum sind die Kosten für die CNC-Bearbeitung von Edelstahl höher als für die Bearbeitung von Aluminium?
A3: Drei Hauptfaktoren tragen zu den höheren Bearbeitungskosten von Edelstahl im Vergleich zu Aluminium bei. Erstens sind hochwertige Schneidwerkzeuge erforderlich. Zweitens müssen geringere Schnittgeschwindigkeiten verwendet werden. Drittens kommt es zu erhöhtem Werkzeugverschleiß. Hinzu kommt, dass die Kosten für Edelstahllegierungen deutlich höher sind.
Frage 4: Ist die CNC-Bearbeitung von Edelstahl für die Herstellung von medizinischen Implantaten geeignet?
A4: Ja. Die Werkstoffgüten 316L und 17-4 PH werden regelmäßig für die Herstellung von chirurgischen Instrumenten und anderen Geräten verwendet.
Frage 5: Wie lässt sich Kaltverfestigung bei der Bearbeitung von Edelstahl verhindern?
Durch gleichmäßigen Vorschub, scharfe Schneidwerkzeuge und Gleichlauffräsen wird Kaltverfestigung vermieden. Der Schnitt erfolgt kontinuierlich, Reibung und Verweilen werden strikt vermieden.
Frage 6: Welches Kühlmittel wird für die CNC-Bearbeitung von Edelstahl empfohlen?
Es werden ölbasierte Kühlmittel mit hoher Schmierfähigkeit empfohlen. Sie gewährleisten eine ausgezeichnete Wärmeabfuhr und spülen die Späne effektiv ab. Wasserlösliche Kühlmittel können ebenfalls verwendet werden, weisen jedoch eine geringere Schmierfähigkeit auf.
Frage 7: Welche Oberflächengüte lässt sich mit CNC-Bearbeitung von Edelstahl erzielen?
Die Bearbeitung von Edelstahl ermöglicht eine exzellente Oberflächengüte, wobei eine Oberflächenrauheit (Ra) zwischen 32 und 64 µm üblich ist. Mit optimalen Parametern und Werkzeugen lassen sich auch feinere Oberflächen bis zu 16 µm erzielen.
Frage 8: Wann sollte Duplex-Edelstahl anstelle von 316 verwendet werden?
Duplex-Stähle wie 2205 und 2507 sollten dort eingesetzt werden, wo eine höhere Festigkeit erforderlich ist oder wo Spannungsrisskorrosion ein Problem darstellt. _
Kapitel 8. Fazit
Die CNC-Bearbeitung von Edelstahl erfordert sorgfältige Beachtung von Details in vier kritischen Bereichen:
Die Auswahl der Edelstahlsorte muss auf die Anforderungen und die Bearbeitbarkeit abgestimmt sein.
Die CNC-Bearbeitungsparameter für Edelstahl müssen für die jeweilige Edelstahlsorte optimiert werden.
Das Wärmemanagement und die Chipsteuerung müssen berücksichtigt werden.
Die Auswahl und Instandhaltung von Qualitätswerkzeugen muss präzise erfolgen.
Die Bedeutung von Fertigungskompetenz kann nicht hoch genug eingeschätzt werden. Die Ingenieursgemeinschaft würde von einer Partnerschaft mit einem Unternehmen profitieren, das über fundierte Erfahrung in der Zerspanung sowie über tiefgreifende Kenntnisse in Metallurgie und Verfahrenstechnik verfügt.
Weilongs Fertigungskapazität und technologische Kompetenz sind optimal auf die Anforderungen der CNC-Bearbeitung von Edelstahl abgestimmt. Präzisionsteile werden zuverlässig von der Prototypenprüfung bis zur Serienproduktion geliefert.
[Kontaktieren Sie unser Engineering-Team →] zur Projektbewertung und Materialauswahlhilfe
