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Schneidwerkzeuge für rostfreien Stahl: Die Auswahl von Hartmetalleinsätzen, Schaftfräsern und Bohrern
Die Bearbeitung von rostfreiem Stahl kann frustrierend sein, denn das Material ist zäh und erzeugt große Hitze. Sie brauchen die richtigen Hartmetallwerkzeuge und eine kluge Strategie, um den Bruch von Bits oder Zeitverlust zu vermeiden. Dieser Leitfaden hilft Ihnen bei der Auswahl der besten Wendeplatten, Schaftfräser und Bohrer für Ihre Werkstatt.
Warum Edelstahl nur schwer zu bearbeiten ist
Rostfreier Stahl ist nicht wie Kohlenstoffstahl oder Aluminium. Er hat besondere Eigenschaften, die dazu führen, dass Ihre Werkzeuge schneller verschleißen, wenn Sie nicht die richtigen Einstellungen verwenden.
Kaltverfestigung
Dies ist eines der größten Probleme in der Maschinenwerkstatt. Wenn Ihr Werkzeug stumpf ist oder wenn Sie die Oberfläche reiben, anstatt sie zu schneiden, wird das Metall viel härter. Der Grund dafür ist, dass der physische Druck die Struktur des Stahls verändert. Sobald er sich verhärtet, hat Ihr Werkzeug Schwierigkeiten, ihn zu durchtrennen. Sie müssen das Werkzeug immer in Bewegung halten und einen ausreichend tiefen Schnitt machen, um unter der gehärteten Schicht zu bleiben.
Hohe Zähigkeit
Rostfreier Stahl ist gummiartig. Er klebt eher an der Schneide, als dass er in saubere Späne zerfällt. Diese Zähigkeit erfordert mehr Leistung von Ihrer Maschine und belastet Ihre Hartmetallplatten stärker.
Rostfreie Stahlsorten und ihre Bearbeitbarkeit
Nicht jeder Edelstahl ist gleich. Manche lassen sich leicht schneiden, andere sind sehr schwierig.
Eigentum | 304 Austenitisch | 316 Austenitisch | 430 Ferritisch | 410 Martensitisch | 2205 Doppelhaushälfte |
Dichte | 8,000 | 8,000 | 7,750 | 7,750 | 7,805 |
Schmelzen | 1400-1450 | 1375-1400 | 1425-1510 | 1480-1530 | 1420-1465 |
Wärme | 500 | 500 | 460 | 460 | 450 |
Elek. Widerstandsfähigkeit | 720 | 740 | 600 | 570 | 800 |
Thermische Bedingungen. | 16.2 | 16.3 | 26.1 | 24.9 | 19.0 |
Elastizitätsmodul | 193 | 193 | 200 | 200 | 200 |
303 Edelstahl
Dies ist die am leichtesten zu bearbeitende Sorte. Der Grund dafür ist, dass sie Schwefel enthält, der das Auseinanderbrechen der Späne fördert. Sie eignet sich hervorragend für Teile mit hohem Volumen.
304 Edelstahl
Dies ist die häufigste Sorte, die Sie sehen werden. Sie ist schwieriger zu bearbeiten als 303, weil sie viel schneller aushärtet. Sie brauchen scharfe Werkzeuge und gleichmäßigen Druck.
Edelstahl 316
Diese Sorte enthält Molybdän zum Schutz vor Korrosion. Allerdings ist sie härter und abrasiver als 304. Ihre Werkzeuge nutzen sich beim Schneiden von 316 schneller ab.
17-4 PH Edelstahl
Dies ist eine ausscheidungshärtende Sorte. Im geglühten Zustand lässt sie sich gut bearbeiten. Wenn sie jedoch wärmebehandelt wird, wird sie sehr stark und erfordert spezielle Hartmetallsorten.
Duplex-Edelstahl
Dies ist eine Mischung aus zwei verschiedenen Stahlsorten. Er ist sehr fest und sehr schwer zu bearbeiten. Sie müssen langsame Geschwindigkeiten und sehr starre Werkzeughalter verwenden.
Auswahl der richtigen Hartmetalleinsätze für rostfreien Stahl
Hartmetall-Einsätze sind für diese Aufgabe viel besser geeignet als Schnellarbeitsstahl (HSS). Hartmetall kann den hohen Temperaturen standhalten, die Edelstahl erzeugt, ohne seine Härte zu verlieren.
Hartmetall-Einsatzsorten
Achten Sie beim Kauf von Einsätzen auf die Gruppe “M”. Diese Gruppe ist speziell für rostfreien Stahl konzipiert. Diese Sorten haben das richtige Gleichgewicht zwischen Zähigkeit, um Abplatzungen zu verhindern, und Härte, um Hitze zu widerstehen.
Einsatzgeometrie und Kantenvorbereitung
Für rostfreien Stahl benötigen Sie einen positiven Spanwinkel. Das bedeutet, dass das Werkzeug eine schärfere Kante hat, die das Metall schneidet, anstatt es zu schieben. Dadurch werden die Hitze und die Gefahr der Kaltverfestigung verringert. Der Spanbrecher ist ebenfalls wichtig. Er sollte so konstruiert sein, dass er die gummiartigen Späne aufrollt, damit sie abreißen, bevor sie das Teil zerkratzen können.
Beschichtungen für Hartmetalleinsätze
Beschichtungen sind wie ein Schutzschild für Ihr Werkzeug.
TiAlN
Dies ist eine Standardbeschichtung, die für viele Arbeiten gut geeignet ist.
AlTiN
Dies ist besser für Hochtemperaturanwendungen geeignet, da es härter wird, je heißer es wird.
PVD-Beschichtungen
Die meisten Einsätze aus rostfreiem Stahl verwenden PVD (Physikalische Gasphasenabscheidung). Durch dieses Verfahren kann die Beschichtung sehr dünn sein und die Schneide bleibt sehr scharf.
Positive vs. Negative Einsätze
Positive Einsätze
Diese sind am besten für kleine Teile oder dünne Wände geeignet. Sie benötigen weniger Kraft und erzeugen weniger Wärme.
Negative Einsätze
Diese sind stärker. Sie sollten diese für schwere Schrupparbeiten verwenden, bei denen Sie viel Metall entfernen müssen und die Maschine sehr stabil ist.
Hartmetall-Schaftfräser zum Fräsen von rostfreiem Stahl
Das Fräsen von rostfreiem Stahl erfordert ein Werkzeug, das gleichzeitig Vibrationen und Hitze aushalten kann.
Flötenzahl und Geometrie
Viele Jahre lang wurden 4-Schneiden-Fräser verwendet. Heute bevorzugen viele Zerspaner jedoch Werkzeuge mit 5 oder sogar 7 Schneiden. Mit mehr Spannuten können Sie das Werkzeug schneller bewegen und gleichzeitig eine glatte Oberfläche erzielen. Außerdem sollten Sie auf eine variable Wendelform achten. Das bedeutet, dass die Spiralen des Werkzeugs nicht alle gleich sind. Dies verhindert, dass das Werkzeug vibriert, was ein häufiges Problem beim Fräsen von rostfreiem Stahl ist.
In den meisten Fällen sollten Sie im Gleichlauf fräsen. Dabei dreht sich das Werkzeug in die gleiche Richtung wie der Vorschub. Das hilft dem Werkzeug, mit einem dicken Span in den Schnitt einzutreten und ihn mit einem dünnen Span zu verlassen. Dadurch wird dem Werkzeug weniger Wärme zugeführt und die Schaftfräser länger dauern.
Trochoidales Fräsen
Dies ist eine moderne Werkzeugbahnstrategie. Anstatt in einer geraden Linie zu schneiden, bewegt sich das Werkzeug in kleinen Kreisen. Dadurch bleibt das Werkzeug kürzer im Schnitt. So kann die Wärme entweichen und Sie können die volle Länge des Schaftfräsers nutzen. Auf diese Weise lässt sich viel Geld für Werkzeuge sparen.
Hartmetallbohrer für das Bohren von rostfreiem Stahl
Das Bohren ist oft der schwierigste Teil der Arbeit, weil die Hitze im Inneren eines Lochs eingeschlossen ist.
Warum HSS scheitert
Standard-HSS-Bohrer schmelzen normalerweise in rostfreiem Stahl. Sie können nicht lange genug scharf bleiben, um die kaltverfestigte Schicht zu durchdringen. Hartmetall-Bohrer sind viel steifer und können dem Druck standhalten, der zum Schneiden erforderlich ist.
Bohrer Geometrien
Ihr Bohrer sollte einen Spitzenwinkel von etwa 135 bis 140 Grad haben. Eine flachere Spitze hilft, den Bohrer zu zentrieren, und verhindert, dass er abwandert. Außerdem brauchen Sie einen Bohrer mit einem dicken Steg oder Mittelteil, damit sich der Bohrer unter Druck nicht verbiegt.
Durch-Kühlmittel-Bohrer
Wenn Sie Bohren tiefer Löcher, müssen Sie Bohrer mit durchgehender Kühlflüssigkeit verwenden. Diese Werkzeuge haben in der Mitte durchgehende Löcher. Das Kühlmittel wird aus der Spitze des Bohrers herausgepumpt. Dadurch werden die Späne aus dem Loch gedrückt und die Spitze bleibt kühl. Andernfalls verstopfen die Späne das Loch und der Bohrer bricht ab.
Schneidwerkzeugstrategie nach Bearbeitungsvorgang
Jede Operation braucht einen etwas anderen Schwerpunkt, um erfolgreich zu sein.
CNC-Drehen
Konzentrieren Sie sich auf die Spankontrolle. Verwenden Sie eine Vorschubgeschwindigkeit, die hoch genug ist, damit der Spanbrecher funktioniert. Wenn Sie lange Vogelnester von Spänen sehen, müssen Sie Ihren Vorschub oder Ihre Wendeplattengeometrie ändern.
CNC-Fräsen
Konzentrieren Sie sich auf die Werkzeugbahn. Lassen Sie das Werkzeug nicht verweilen oder an einer Stelle stehen. Wenn sich das Werkzeug nicht mehr bewegt, während es sich dreht, härtet es die Oberfläche sofort aus.
Bohren und Herstellen von Löchern
Verwenden Sie nur dann einen Bohrzyklus, wenn Sie müssen. Jedes Mal, wenn der Bohrer aus dem Loch gezogen wird, reibt er am Boden und härtet das Metall. Wenn Sie hämmern müssen, stellen Sie sicher, dass der Bohrer mit genügend Kraft zurückkehrt, um alle gehärteten Stellen zu durchtrennen.
Referenz für Geschwindigkeiten, Vorschübe und Schnitttiefen
Die folgenden Zahlen sind Ausgangspunkte. Sie müssen sie je nachdem, wie Ihre Maschine klingt und wie die Werkzeuge aussehen, anpassen.
Oberfläche Fuß pro Minute
Bei 304 oder 316 haben Sie die Wahl zwischen 150 und 300 SFM für das Drehen. Wenn sich das Werkzeug zu schnell abnutzt, verringern Sie die Geschwindigkeit. Wenn es gut aussieht, aber die Arbeit langsam ist, erhöhen Sie die Geschwindigkeit.
Vorschubgeschwindigkeit
Beim Fräsen ist ein guter Ausgangspunkt oft 0,002 bis 0,005 Zoll pro Zahn.
Schnitttiefe
Nehmen Sie beim Schruppen so viel, wie Ihre Maschine verarbeiten kann. Stellen Sie beim Schlichten sicher, dass Ihr DOC mindestens 0,005 Zoll beträgt. Wenn Sie einen zu kleinen Schnitt machen, reibt das Werkzeug nur und härtet das Teil.
Kühlmittel und Schmierung für Werkzeuge aus Edelstahl
Kühlmittel wird in der Regel für fast alle Arbeiten an rostfreiem Stahl empfohlen.
Flut- vs. Hochdruck-Kühlmittel
Flutkühlmittel ist besser als gar nichts, aber Hochdruckkühlmittel (es sollte über 1000 PSI haben) ist viel besser. Durch den hohen Druck werden die Späne in kleine Stücke gebrochen und von der Schneidzone weggeschleudert.
Risiken bei der Trockenbearbeitung
Sie sollten vermeiden Trockenbearbeitung bei den meisten Bearbeitungen von rostfreiem Stahl. Ohne Kühlmittel baut sich die Hitze so schnell auf, dass sie die Hartmetallkante in Sekunden zerstört. Die einzige Ausnahme sind manchmal sehr leichte Endbearbeitungsgänge mit speziellen Beschichtungen, aber selbst dann ist es riskant.
Werkzeugverschleißmuster und was sie Ihnen sagen
Wenn Sie beobachten, wie Ihre Werkzeuge absterben, erfahren Sie, wie Sie Ihr Verfahren verbessern können.
Aufgebaute Kante
Dies ist der Fall, wenn Stücke von rostfreiem Stahl an Ihrem Werkzeug haften bleiben. Das passiert, wenn die Geschwindigkeit zu niedrig ist oder das Kühlmittel die Kante nicht erreicht. Erhöhen Sie Ihre Geschwindigkeit, um dies zu verhindern.
Flankenverschleiß
Dies ist ein normaler Verschleiß. Wenn dies zu schnell geschieht, ist Ihre Geschwindigkeit wahrscheinlich zu hoch.
Chipping
Das bedeutet, dass das Werkzeug vibriert oder die Sorte zu spröde ist. Verwenden Sie eine härtere Hartmetallsorte oder überprüfen Sie Ihre Einrichtung auf Stabilität.
Kerbe Abnutzung
Dies geschieht an der Schnitttiefenlinie. Sie können dies beheben, indem Sie die Schnitttiefe bei verschiedenen Durchgängen ändern, damit der Verschleiß nicht immer an der gleichen Stelle auftritt.
Oberflächenveredelung nach CNC-Bearbeitung
Nach Abschluss der Bearbeitung muss das Teil auf jeden Fall nachbearbeitet werden. Um eine gute Ra zu erhalten, verwenden Sie ein Werkzeug mit einem größeren Nasenradius und einer langsameren Vorschubgeschwindigkeit. Manche Teile müssen passiviert oder elektropoliert werden, um die Rostbeständigkeit zu verbessern, aber das Wichtigste ist, dass die Maschine eine saubere, glatte Oberfläche liefert.
Zusammenfassung
Der Erfolg bei der Bearbeitung von rostfreiem Stahl hängt von der Beherrschung der Hitze und der Vermeidung von Kaltverfestigung ab. Verwenden Sie scharfe Hartmetallwerkzeuge, die richtigen Beschichtungen und reichlich Kühlmittel. Wenn Sie diese Ausgangsparameter befolgen und auf den Werkzeugverschleiß achten, werden Sie Ihre Produktivität und die Qualität der Teile verbessern.
FAQs
Welche Hartmetallsorte eignet sich am besten für rostfreien Stahl 316?
Sie sollten eine Sorte der ISO-Klasse M mit PVD-Beschichtung wählen. Diese sind robust genug, um das Molybdän in 316 ohne Abplatzungen zu verarbeiten.
Wie viele Schneiden sollte ein Hartmetallfräser für rostfreien Stahl haben?
Ein 4-schneidiges Werkzeug ist in Ordnung, aber 5-schneidige Schaftfräser sind oft besser. Sie bieten ein besseres Gleichgewicht zwischen Geschwindigkeit und Raum für Späne zu entkommen.
Warum brechen meine Hartmetallbohrer in rostfreiem Stahl immer wieder ab?
Dies geschieht in der Regel aufgrund von Hitze oder Spanverstopfung. Vergewissern Sie sich, dass Sie einen Bohrer mit Durchgangskühlung verwenden und dass Sie den Bohrer nicht am Boden des Lochs reiben lassen.
Kann ich dieselben Hartmetalleinsätze für Edelstahl 304 und Duplex verwenden?
Sie können, aber Sie müssen die Geschwindigkeit für Duplex zu verlangsamen. Duplex ist viel härter, so dass das Werkzeug nicht so lange halten wird, wenn Sie die gleichen Einstellungen wie 304 halten.
Was ist die beste Beschichtung für Hartmetallwerkzeuge auf rostfreiem Stahl?
AlTiN oder TiAlN sind die gängigsten und effektivsten Beschichtungen. Für Hochgeschwindigkeitsarbeiten ist AlTiN wegen seiner Hitzebeständigkeit in der Regel der Gewinner.
