Stahl ist das am häufigsten verwendete Kernmaterial in der CNC-Fertigungsindustrie. Seine vielfältigen Vorteile harmonieren hervorragend mit den Anforderungen der CNC-Bearbeitung – insbesondere hinsichtlich hoher Präzision, Effizienz und Einsatzvielfalt –, weshalb er die erste Wahl für die Fertigung unterschiedlichster Bauteile darstellt:
Note: Stahl der Sorten AISI 1018, Q235 und 20#
Eigenschaften: Geringe Härte (HB 120–160), gute Formbarkeit, leicht zu bearbeiten, leicht zu schweißen, gute Kaltumformbarkeit; mäßige Festigkeit, anfällig für Rostbildung
Bearbeitung: Hohe Zerspanungsleistung, geringer Werkzeugverschleiß; beim Schruppen sind hohe Vorschübe und große Schnitttiefen möglich; Rostschutzbehandlung erforderlich
Anwendungen: Halterungen, Befestigungen, Gehäuse, nichttragende Bauteile, Blechteile
Note: AISI 1045, Stahl 40#
Eigenschaften: Ausgewogenes Verhältnis von Festigkeit, Härte und Zähigkeit; die Gesamtleistung lässt sich durch Abschrecken und Anlassen deutlich verbessern; gute Zerspanbarkeit
Bearbeitung: Direkte Bearbeitung oder Endbearbeitung nach dem Härten und Anlassen; moderate Schnittparameter; geeignet für alle Verfahren, einschließlich Drehen, Fräsen, Bohren und Schleifen
Anwendungen: Wellen, Zahnräder, Schrauben, Pleuelstangen, Formaufbauten, tragende Bauteile.
Klassenstufen: 65Mn, AISI 1095, T8, T10
Eigenschaften: Hohe Härte, gute Verschleißfestigkeit, gute Elastizität; hohe Festigkeit, aber geringe Zähigkeit und Sprödigkeit; schlechte Bearbeitbarkeit
Bearbeitung: Meist Grobbearbeitung im geglühten Zustand; nach dem Abschrecken kann das Material nur noch geschliffen werden; die Werkzeuge verschleißen leicht, weshalb niedrige Drehzahlen und geringe Schnitttiefen erforderlich sind.
Anwendungen: Schneidwerkzeuge, Stempel, Federn, Verschleißblöcke, Messwerkzeuge
Klassenstufen: 12L14, 1215, Y15, Y40Mn
Eigenschaften: Leichter Spanbruch beim Zerspanen, hohe Oberflächengüte, lange Standzeit, hohe Bearbeitungseffizienz; Festigkeit und Zähigkeit sind etwas geringer als bei gewöhnlichem Kohlenstoffstahl.
Bearbeitung: Geeignet für die Bearbeitung mit hohen Schnittgeschwindigkeiten und Vorschüben; geeignet für Drehautomaten und die CNC-Serienfertigung kleiner Präzisionsteile.
Anwendungen: Präzisionswellen, Stifte, Muttern, elektronische Bauteile, Instrumententeile.
Klassenstufen: 40Cr (AISI 4140), 20CrMnTi, 35CrMo
Eigenschaften: Festigkeit, Dauerfestigkeit und Verschleißfestigkeit sind denen von Kohlenstoffstahl weit überlegen; gute Härtbarkeit und minimale Verformung nach der Wärmebehandlung; gute Zerspanbarkeit
Bearbeitung: Hervorragende Zerspanbarkeit nach Vergüten; geeignet für hochbelastbare, hochpräzise Teile; erfordert geeignete Schneidwerkzeuge und Schnittparameter
Anwendungen: Zahnräder, Keilwellen, hochfeste Schrauben, Formeinsätze, Hydraulikkomponenten
Klassenstufen: Cr12, Cr12MoV, D2, SKD11
Eigenschaften: Hohe Härte (HRC 58–64), hohe Verschleißfestigkeit, hohe Druckfestigkeit; mäßige Zähigkeit.
Anwendungen: Kaltprägewerkzeuge, Scherenwerkzeuge, Ziehwerkzeuge, Umformwerkzeuge, Verschleißblöcke.
Klassenstufen: H13, SKD61, 4Cr5MoSiV1
Eigenschaften: Hohe Temperaturfestigkeit, Beständigkeit gegen thermische Ermüdung, gute Wärmeleitfähigkeit; ausgezeichnete Zähigkeit.
Anwendungen: Druckgussformen, Warmschmiedeformen, Extrusionsformen, Spritzgusskerne/-kavitäten.
Klassenstufen: S136, NAK80, P20
Eigenschaften: S136 ist korrosionsbeständig und lässt sich hochglanzpolieren; NAK80 ist vorgehärtet und erfordert keine Wärmebehandlung; P20 ist äußerst vielseitig einsetzbar.
Anwendungen: Formen mit Hochglanzoberfläche, korrosionsbeständige Formen und gewöhnliche Spritzgussformen.
| Material | Klasse | Kohlenstoffgehalt | Vorteile | Anwendungen |
|---|---|---|---|---|
| Kohlenstoffarmer Stahl | Stahl 1018, Q235, 20# | ≤0,25% | Einfach zu verarbeiten, kostengünstig | Halterungen, Befestigungen |
| Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt | 1045, Stahl 40# | 0.45% | Insgesamt gute Leistung | Wellen, Zahnräder, Formaufbauten |
| Kohlenstoffstahl | 65Mn, 1095, T8, T10 | ≥0,61 TP3T | Hohe Härte, Verschleißfestigkeit, gute Elastizität | Werkzeuge, Stempel, Federn |
| Leichtbearbeitbarer Stahl | 12L14, 1215, Y15, Y40Mn | 0.15% | Schnelles Zerspanen, hohe Oberflächengüte | Präzisionswellen, Stifte, elektronische Bauteile |
| Legierter Stahl | 40Cr (4140), 20CrMnTi, 35CrMo | 0.40% | Hohe Festigkeit, verschleißfest | Zahnräder, Keilwellen, Hydraulikkomponenten |
| Kaltarbeitsstahl | Cr12, Cr12MoV, D2, SKD11 | 1.5% | Hohe Härte, verschleißfest | Kaltprägewerkzeuge, Stanzwerkzeuge, Umformwerkzeuge |
| Stahl für Heißarbeiten | H13, SKD61, 4Cr5MoSiV1 | 0.4% | Beständig gegen thermische Ermüdung | Druckgussformen, Warmschmiedeformen, Spritzgusskerne |
| Kunststoffformstahl | S136, NAK80, P20 | 0.3%-0.4% | Hohe Vielseitigkeit, kann poliert/vorgehärtet werden | Formen mit Hochglanzoberfläche, allgemeine Spritzgussformen |
Werkzeugkompatibilität: Verwenden Sie vorrangig Hartmetallwerkzeuge und wählen Sie die Beschichtung entsprechend der Stahlhärte aus (z. B. TiAlN-Beschichtung für gewöhnlichen Kohlenstoffstahl, CBN-Werkzeuge für hochfesten Stahl), um den Werkzeugverschleiß und das Ausbrechen zu verringern.
Schnittparameter: Beachten Sie den Grundsatz "hohe Drehzahl und großer Vorschub bei Weichstahl, niedrige Drehzahl und geringe Schnitttiefe bei Hartstahl" und stellen Sie Spindeldrehzahl, Vorschub und Schnitttiefe entsprechend ein, um übermäßige Schnittkräfte oder thermische Verformungen zu vermeiden.
Kühlung und Schmierung: Sorgen Sie während des gesamten Bearbeitungsprozesses für eine ausreichende Kühlung und Schmierung, indem Sie ein für den Stahl geeignetes Kühlmittel (z. B. Hochdruckkühlmittel für hochlegierten Stahl) verwenden und dieses direkt auf die Schnittzone sprühen, um die Schnittwärme zu reduzieren und ein Festkleben des Werkzeugs zu minimieren.
Spannsteifigkeit: Sorgen Sie für eine sichere Spannung, minimieren Sie den Werkzeugüberstand und verhindern Sie Vibrationen und Verschiebungen während der Bearbeitung. Für hochfeste Stähle sind spezielle Spannvorrichtungen erforderlich, um die Maßgenauigkeit zu gewährleisten.
Prozessspezifikationen: Führen Sie Schrupp- und Schlichtbearbeitung getrennt durch. Beim Schruppen wird überschüssiges Material abgetragen und innere Spannungen abgebaut, während die Schlichtbearbeitung für Oberflächengenauigkeit und Maßhaltigkeit sorgt, wobei vorrangig im Aufwärtsfräsen gearbeitet wird.
CNC-Drehen von Adapterstücken
CNC-Drehen von Kolben
Teile für Fahrzeuge mit alternativen Antrieben
Teile für Fahrzeuge mit alternativen Antrieben
A: Bei gewöhnlichem Kohlenstoffstahl (kohlenstoffarmer Stahl, Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt) sind mit TiAlN beschichtete Hartmetallwerkzeuge aufgrund ihrer hervorragenden Verschleißfestigkeit und Eignung vorzuziehen. Bei hochfestem Stahl (kohlenstoffreicher Stahl, Formstahl) sind CBN- oder Keramikwerkzeuge mit einer TiCN-Beschichtung erforderlich, um ein Ausbrechen und Verschleiß der Werkzeuge wirksam zu verhindern.
A: Dafür gibt es drei Hauptgründe: Erstens ist die Härte des Werkzeugs nicht auf den Stahl abgestimmt; es wurde ein ungeeignetes Werkzeug gewählt. Zweitens waren die Schnittparameter nicht angemessen; bei hartem Stahl wurden die Drehzahl und die Schnitttiefe nicht reduziert, was zu übermäßigen Schnittkräften führte. Drittens war die Spannung nicht sicher, und Bearbeitungsvibrationen führten zu Ausbrüchen.
A: Beim Schruppen wird der Großteil des Werkstückmaterials abgetragen; die dabei entstehende Schnittwärme und die auftretenden Eigenspannungen können zu einer leichten Verformung des Werkstücks führen. Durch die Trennung von Schruppen und Schlichten kann das Werkstück nach dem Schruppen seine Eigenspannungen vollständig abbauen, während anschließend beim Schlichten Maßhaltigkeit und Oberflächengüte präzise sichergestellt werden – so werden Verformungen vermieden, die das Bearbeitungsergebnis beeinträchtigen könnten.
A: Es sind keine besonderen Maßnahmen zur Kühlungsoptimierung erforderlich. Schnellarbeitsstahl enthält Schwefel, Blei und andere Elemente, wodurch sich die Späne leichter brechen lassen und weniger dazu neigen, am Werkzeug zu haften. Für die Bearbeitung reichen gewöhnliche Emulsionen aus. Entscheidend ist, dass die Späne reibungslos abtransportiert werden. Durch eine angemessene Erhöhung der Spindeldrehzahl und des Vorschubs lässt sich die Effizienz steigern.
A: Es sollten spezielle Spannvorrichtungen verwendet werden, um die Spannsteifigkeit zu gewährleisten und den Werkzeugüberstand (L/D ≤ 3) zu verringern, damit Vibrationen und eine Verschiebung des Werkstücks während der Bearbeitung vermieden werden. Außerdem sollte eine übermäßige Spannkraft vermieden werden, um eine Verformung des Werkstücks zu verhindern und sicherzustellen, dass die Maßgenauigkeit den Anforderungen entspricht.
A: Das Grundprinzip besteht darin, die richtige Kühlschmiersorte auf die Stahlsorte abzustimmen. Gewöhnlicher Kohlenstoffstahl lässt sich mit herkömmlichen Emulsionen bearbeiten; hochlegierter Stahl und Formstahl erfordern Hochdruck-Kühlschmierstoffe mit Schwefel- und Chlorzusätzen, die die Schnittwärme wirksam reduzieren, das Anhaften am Werkzeug verringern und die Standzeit verlängern.
