Edelstahl findet breite Anwendung in der Zerspanungsindustrie und wird häufig in Lebensmittelanlagen, Medizingeräten, Automobilteilen, Chemieanlagen und Präzisionsmaschinen eingesetzt. Im Vergleich zu normalem Kohlenstoffstahl ist Edelstahl jedoch beim Drehen deutlich schwieriger zu bearbeiten. In vielen Betrieben führt die Bearbeitung von Edelstahl oft zu Problemen wie schnellem Werkzeugverschleiß, schlechter Oberflächengüte, Vibrationen, Maßabweichungen und schwieriger Spanabfuhr. Sind die Schnittparameter und die Werkzeugauswahl ungeeignet, können zudem leicht Kaltverfestigung und Werkzeugausbrüche auftreten. Das Verständnis der typischen Schwierigkeiten beim Drehen von Edelstahl trägt dazu bei, die Bearbeitungseffizienz und die Werkstückqualität zu verbessern.
Warum ist Edelstahl so schwer zu bearbeiten?
Die Schwierigkeit der Bearbeitung von Edelstahl hängt eng mit den physikalischen Eigenschaften des Materials zusammen. Im Vergleich zu normalem Stahl erzeugt Edelstahl bei der Bearbeitung mehr Wärme und weist einen höheren Schnittwiderstand auf, was höhere Anforderungen an Schneidwerkzeuge und Maschinenstabilität stellt.
Hohe Materialzähigkeit
Edelstahl besitzt eine hohe Zähigkeit, was das Brechen von Spänen beim Zerspanen erschwert. Die Späne neigen dazu, lange, durchgehende Stränge zu bilden, die sich leicht um Werkzeug und Werkstück wickeln.
Häufige Wirkungen sind:
- Schwierige Späneabfuhr
- Erhöhte Werkzeugtemperatur
- Kratzer auf der Werkstückoberfläche
- Verringerte Bearbeitungsstabilität
Dieses Problem wird bei der Bearbeitung tiefer Löcher und dem Drehen schlanker Wellen noch deutlicher.
Schlechte Wärmeleitfähigkeit
Edelstahl hat eine geringere Wärmeleitfähigkeit als gewöhnlicher Kohlenstoffstahl, wodurch die beim Schneiden entstehende Wärme nur schwer schnell abgeleitet werden kann.
Eine große Menge Wärme konzentriert sich um:
- Die Schneide
- Die Schneidkontaktfläche
- Die Werkstückoberfläche
Diese Situation beschleunigt den Werkzeugverschleiß und erhöht das Risiko von Kantenausbrüchen.
Starke Kaltverfestigung
Edelstahl neigt bei der Bearbeitung leicht zur Kaltverfestigung. Durch die wiederholte Reibung des Schneidwerkzeugs an der Werkstückoberfläche erhöht sich die Härte des Materials allmählich.
Nach Eintritt der Kaltverfestigung können folgende Probleme auftreten:
- Erhöhte Schnittfestigkeit
- Schnellerer Werkzeugverschleiß
- Schlechte Oberflächenbeschaffenheit
- Dimensionsinstabilität
Dieses Problem verschärft sich, wenn die Schnitttiefe zu gering ist.
Häufige Probleme beim Drehen von Edelstahl
Bei Drehbearbeitungen von Edelstahl treten häufig verschiedene typische Bearbeitungsschwierigkeiten auf. Werden die Bearbeitungsbedingungen nicht rechtzeitig angepasst, kann die Produktionseffizienz deutlich sinken.
Schneller Werkzeugverschleiß
Die Bearbeitung von Edelstahl erzeugt hohe Schnitttemperaturen, und das Material selbst weist starke Hafteigenschaften auf. Daher ist die Werkzeugstandzeit in der Regel kürzer als bei der Bearbeitung von normalem Stahl.
Häufige Verschleißerscheinungen sind:
- Schneller Flankenverschleiß
- Schneidkanten-Späne
- Kraterabnutzung an der Rechenfläche
- Ablösen der Beschichtung
Der Werkzeugverschleiß verstärkt sich bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung noch weiter.
Aufbaute Randbildung
Bei der Bearbeitung von Edelstahl haftet das Material leicht an der Schneide und bildet eine Aufbauschneide.
Diese Situation kann zu Folgendem führen:
- Oberflächenrisse am Werkstück
- Instabile Dimensionen
- Ungewöhnliches Schneidgeräusch
- Ungleichmäßige Schnittkraft am Werkzeug
Wenn die aufgebaute Kante wiederholt abbricht, kann dies auch die Werkstückoberfläche zerkratzen.
Schwere Vibrationsprobleme
Edelstahl erzeugt relativ hohe Schnittkräfte. Bei unzureichender Maschinensteifigkeit oder zu großem Werkzeugüberhang können leicht Vibrationen auftreten.
Nach dem Auftreten von Vibrationen können folgende Probleme häufig auftreten:
- Oberflächenwelligkeit
- Erhöhtes Bearbeitungsgeräusch
- Verringerte Maßgenauigkeit
- Verkürzte Werkzeuglebensdauer
Dieses Problem wird besonders deutlich bei der Bearbeitung schlanker Wellen.
Wie man die Drehstabilität von Edelstahl verbessert
Obwohl die Bearbeitung von Edelstahl schwierig ist, können durch geeignete Bearbeitungseinstellungen die Stabilität und die Bearbeitungsqualität erheblich verbessert werden.
Geeignete Werkzeugmaterialien auswählen
Bei der Bearbeitung von Edelstahl werden üblicherweise Einsätze mit hoher Hitzebeständigkeit benötigt.
Zu den üblicherweise verwendeten Werkzeugen gehören:
- Beschichtete Hartmetalleinsätze
- Einsätze, die speziell für Edelstahl entwickelt wurden
- Hochleistungs-Einsatzsorten
Der Spanwinkel des Schneideinsatzes ist oft schärfer ausgelegt, um den Schnittwiderstand zu verringern.
Schnittparameter optimieren
Die Schnittparameter müssen während der Bearbeitung von Edelstahl stabil bleiben.
Bearbeitungsvorgänge umfassen üblicherweise:
- Steuerung der Schnittgeschwindigkeit
- Vermeidung zu geringer Schnitttiefen
- Kontinuierliches Schneiden aufrechterhalten
- Reduzierung unnötiger Reibung bei Leerlauffahrten
Zu hohe Parameterwerte können zu Werkzeugausbrüchen führen, während zu niedrige Parameterwerte die Kaltverfestigung verstärken können.
Verbesserung der Kühlung und Chipabfuhr
Kühlmittel ist bei der Bearbeitung von Edelstahl von extrem hoher Bedeutung.
Effektive Kühlung kann:
- Niedrigere Werkzeugspitzentemperatur
- Reduzierung der Kantenbildung
- Verbessern Sie die Werkzeuglebensdauer
- Verbesserung der Oberflächengüte
Gleichzeitig muss der Chipabtransport reibungslos erfolgen, um ein Verheddern der Chips zu verhindern.
Bearbeitungsunterschiede zwischen Edelstahlsorten
Unterschiedliche Edelstahlsorten weisen auch deutliche Unterschiede im Bearbeitungsverhalten auf. Bei der eigentlichen Bearbeitung müssen Werkzeuge und Parameter entsprechend den Materialeigenschaften angepasst werden.
Austenitischem Edelstahl
Austenitische Edelstähle wie 304 und 316 sind die am weitesten verbreiteten.
Zu den Bearbeitungsmerkmalen gehören:
- Hohe Zähigkeit
- Starke Tendenz, an Werkzeugen festzuhalten
- Starke Kaltverfestigung
- Schwierige Späneabfuhr
Scharfe Schneidwerkzeuge und stabile Kühlbedingungen sind besonders wichtig.
Martensitischer Edelstahl
Martensitischer Edelstahl besitzt eine relativ hohe Härte.
Häufige Bearbeitungsprobleme sind:
- Schneller Werkzeugverschleiß
- Hohe Schnittfestigkeit
- Erhöhtes Risiko von Kantenausbrüchen
In der Regel werden verschleißfestere Schneidwerkzeuge benötigt.
Ferritischer Edelstahl
Ferritischer Edelstahl weist im Allgemeinen eine bessere Bearbeitbarkeit auf.
Im Vergleich zu austenitischem Edelstahl:
- Die Kaltverfestigung ist leichter
- Der Schnittwiderstand ist geringer
- Die Chipentfernung ist einfacher
Die Werkzeugtemperaturregelung ist jedoch auch bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung wichtig.
Häufige Fehler beim Drehen von Edelstahl
Viele Bearbeitungsbetriebe verwenden für Edelstahl die gleichen Parameter wie für normalen Stahl, was oft zu einer Verschärfung der Bearbeitungsprobleme führt.
Häufige Fehler sind:
- Schnitttiefe zu gering eingestellt
- Die Bearbeitung mit abgenutzten Werkzeugen wird fortgesetzt.
- Unzureichende Kühlmittelzufuhr
- Lange Perioden kontinuierlichen Hochgeschwindigkeitsschneidens
- Versäumnis, die Späne rechtzeitig zu entfernen
Manche Bediener reduzieren die Schnittgeschwindigkeit bewusst, um den Werkzeugverschleiß zu verringern. Zu niedrige Geschwindigkeiten können jedoch auch die Bildung von Aufbauschneiden und Kaltverfestigung begünstigen. Die Bearbeitung von Edelstahl erfordert stabile und kontinuierliche Schnittbedingungen anstelle von häufigem Anhalten und übermäßiger Reibung an der Werkstückoberfläche.
