Studie beleuchtet Hürden bei der Verarbeitung von Edelstahlwerkstoffen

Was sind die offensichtlichen Vorteile von CNC-Teilen mit Edelstahl als Rohmaterial im Vergleich zu Stahl und Aluminiumlegierungen?

Aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften ist Edelstahl eine ausgezeichnete Wahl für eine Vielzahl von Anwendungen. Es weist eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf und eignet sich daher ideal für den Einsatz in rauen Umgebungen wie der Schifffahrt, der Luft- und Raumfahrt sowie der chemischen Industrie. Im Gegensatz zu Stahl und Aluminiumlegierungen rostet oder korrodiert Edelstahl nicht so leicht, was die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit der Teile erhöht.

Edelstahl ist außerdem unglaublich fest und langlebig, vergleichbar mit Stahllegierungen und übertrifft sogar die Festigkeit von Aluminiumlegierungen. Dies macht es zu einer großartigen Option für Anwendungen, die Robustheit und strukturelle Integrität erfordern, wie z. B. Automobil, Luft- und Raumfahrt und Bauwesen.

Ein weiterer Vorteil von Edelstahl besteht darin, dass er seine mechanischen Eigenschaften sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Temperaturen beibehält. Diese Eigenschaft macht es für Anwendungen geeignet, bei denen extreme Temperaturschwankungen auftreten. Im Gegensatz dazu kann es bei Aluminiumlegierungen bei hohen Temperaturen zu einer verminderten Festigkeit kommen und Stahl kann bei erhöhten Temperaturen anfällig für Korrosion sein.

Edelstahl ist außerdem von Natur aus hygienisch und leicht zu reinigen. Dies macht es zur idealen Wahl für Anwendungen in der Medizin-, Pharma- und Lebensmittelindustrie, bei denen es auf Sauberkeit ankommt. Im Gegensatz zu Stahl benötigt Edelstahl keine zusätzlichen Beschichtungen oder Behandlungen, um seine hygienischen Eigenschaften zu erhalten.

Obwohl Edelstahl viele Vorteile hat, sind seine Verarbeitungsschwierigkeiten nicht zu vernachlässigen.

Zu den Schwierigkeiten bei der Verarbeitung von Edelstahlmaterialien zählen vor allem folgende Aspekte:

1. Hohe Schnittkraft und hohe Schnitttemperatur

Dieses Material verfügt über eine hohe Festigkeit und erhebliche Tangentialspannung und erfährt beim Schneiden eine erhebliche plastische Verformung, was zu einer erheblichen Schnittkraft führt. Darüber hinaus verfügt das Material über eine schlechte Wärmeleitfähigkeit, wodurch die Schneidtemperatur ansteigt. Die hohe Temperatur konzentriert sich häufig auf den schmalen Bereich nahe der Schneidkante des Werkzeugs, was zu einem beschleunigten Verschleiß des Werkzeugs führt.

2. Starke Kaltverfestigung

Austenitischer Edelstahl und einige hochtemperaturlegierte Edelstähle haben eine austenitische Struktur. Diese Materialien neigen beim Schneiden stärker zur Verfestigung, typischerweise um ein Vielfaches stärker als gewöhnlicher Kohlenstoffstahl. Dadurch arbeitet das Schneidwerkzeug im kaltverfestigten Bereich, was die Lebensdauer des Werkzeugs verkürzt.

3. Einfach am Messer zu kleben

Sowohl austenitischer Edelstahl als auch martensitischer Edelstahl haben die gemeinsamen Eigenschaften, dass sie bei der Verarbeitung starke Späne erzeugen und hohe Schnitttemperaturen erzeugen. Dies kann zu Adhäsions-, Schweiß- und anderen Klebephänomenen führen, die die Oberflächenrauheit beeinträchtigen könnenbearbeitete Teile.

4. Beschleunigter Werkzeugverschleiß

Die oben genannten Materialien enthalten Elemente mit hohem Schmelzpunkt, sind gut formbar und erzeugen hohe Schnitttemperaturen. Diese Faktoren führen zu einem beschleunigten Werkzeugverschleiß, der ein häufiges Schärfen und Auswechseln des Werkzeugs erforderlich macht. Dies wirkt sich negativ auf die Produktionseffizienz aus und erhöht die Werkzeugnutzungskosten. Um dem entgegenzuwirken, wird empfohlen, die Geschwindigkeit und den Vorschub des Schneidfadens zu reduzieren. Darüber hinaus ist es am besten, Werkzeuge zu verwenden, die speziell für die Bearbeitung von Edelstahl oder Hochtemperaturlegierungen entwickelt wurden, und beim Bohren und Gewindeschneiden auf Innenkühlung zu setzen.

Technologie zur Bearbeitung von Edelstahlteilen

Durch die obige Analyse der Verarbeitungsschwierigkeiten sollten sich die Verarbeitungstechnologie und das damit verbundene Werkzeugparameterdesign von Edelstahl deutlich von gewöhnlichen Baustahlmaterialien unterscheiden. Die spezifische Verarbeitungstechnologie ist wie folgt:

1. Bohrbearbeitung

Beim Bohren von Edelstahlmaterialien kann die Lochbearbeitung aufgrund ihrer schlechten Wärmeleitfähigkeit und ihres kleinen Elastizitätsmoduls schwierig sein. Um diese Herausforderung zu meistern, sollten geeignete Werkzeugmaterialien ausgewählt, angemessene geometrische Parameter des Werkzeugs bestimmt und die Schnittmenge des Werkzeugs eingestellt werden. Zum Bohren dieser Materialien werden Bohrer aus Materialien wie W6Mo5Cr4V2Al und W2Mo9Cr4Co8 empfohlen.

Bohrer aus hochwertigen Materialien haben einige Nachteile. Sie sind relativ teuer und schwer zu erwerben. Bei der Verwendung des häufig verwendeten Standard-Schnellarbeitsstahlbohrers W18Cr4V treten einige Mängel auf. Beispielsweise ist der Spitzenwinkel zu klein, die erzeugten Späne sind zu breit, um rechtzeitig aus der Bohrung abgeführt zu werden, und die Schneidflüssigkeit ist nicht in der Lage, den Bohrer schnell abzukühlen. Darüber hinaus führt Edelstahl als schlechter Wärmeleiter zu einer Konzentration der Schneidtemperatur an der Schneidkante. Dies kann leicht zu Verbrennungen und Absplitterungen an den beiden Flankenflächen und der Hauptschneide führen, was die Lebensdauer des Bohrers verringert.

1) Auslegung der geometrischen Parameter des Werkzeugs Beim Bohren mit einem W18Cr4V Bei Verwendung eines gewöhnlichen Schnellarbeitsstahlbohrers konzentrieren sich die Schnittkraft und die Temperatur hauptsächlich auf die Bohrerspitze. Um die Haltbarkeit des Schneidteils des Bohrers zu verbessern, können wir den Scheitelwinkel auf etwa 135° bis 140° erhöhen. Dadurch verringert sich auch der Außenkantenspanwinkel und die Bohrspäne werden schmaler, sodass sie leichter entfernt werden können. Durch die Vergrößerung des Scheitelwinkels wird jedoch die Meißelkante des Bohrers breiter, was zu einem höheren Schnittwiderstand führt. Daher müssen wir die Meißelkante des Bohrers schleifen. Nach dem Schleifen sollte der Abschrägungswinkel der Meißelkante zwischen 47° und 55° liegen und der Spanwinkel sollte 3° bis 5° betragen. Beim Schleifen der Meißelkante sollten wir die Ecke zwischen der Schneidkante und der zylindrischen Oberfläche abrunden, um die Festigkeit der Meißelkante zu erhöhen.

Edelstahlmaterialien haben einen kleinen Elastizitätsmodul, was bedeutet, dass das Metall unter der Spanschicht während der Verarbeitung eine große elastische Erholung und Kaltverfestigung aufweist. Wenn der Freiwinkel zu klein ist, wird der Verschleiß der Bohrerflankenoberfläche beschleunigt, die Schnitttemperatur erhöht und die Lebensdauer des Bohrers verkürzt. Daher ist es notwendig, den Freiwinkel entsprechend zu vergrößern. Wenn der Freiwinkel jedoch zu groß ist, wird die Hauptkante des Bohrers dünn und die Steifigkeit der Hauptkante wird verringert. Im Allgemeinen wird ein Freiwinkel von 12° bis 15° bevorzugt. Um die Bohrspäne einzuengen und die Spanabfuhr zu erleichtern, ist es außerdem erforderlich, versetzte Spannuten an den beiden Flankenflächen des Bohrers zu öffnen.

2) Bei der Auswahl der Schnittmenge beim Bohren sollte die Auswahl des Schnittmaßes als Ausgangspunkt für die Senkung der Schnitttemperatur dienen. Hochgeschwindigkeitsschneiden führt zu einer erhöhten Schnitttemperatur, was wiederum den Werkzeugverschleiß erhöht. Der wichtigste Aspekt beim Schneiden ist daher die Wahl der passenden Schnittgeschwindigkeit. Im Allgemeinen liegt die empfohlene Schnittgeschwindigkeit zwischen 12 und 15 m/min. Der Vorschub hingegen hat kaum Einfluss auf die Standzeit des Werkzeugs. Bei zu geringem Vorschub schneidet das Werkzeug jedoch in die gehärtete Schicht ein, was den Verschleiß erhöht. Bei zu hohem Vorschub verschlechtert sich auch die Oberflächenrauheit. Unter Berücksichtigung der beiden oben genannten Faktoren liegt die empfohlene Vorschubgeschwindigkeit zwischen 0,32 und 0,50 mm/U.

3) Auswahl der Schneidflüssigkeit: Um die Schneidtemperatur beim Bohren zu senken, kann eine Emulsion als Kühlmedium verwendet werden.

2. Reibbearbeitung

1) Beim Reiben von Edelstahlmaterialien werden üblicherweise Reibahlen aus Hartmetall verwendet. Die Struktur und die geometrischen Parameter der Reibahle unterscheiden sich von denen gewöhnlicher Reibahlen. Um ein Verstopfen der Späne beim Reiben zu verhindern und die Festigkeit der Fräserzähne zu erhöhen, wird die Anzahl der Reibahlenzähne im Allgemeinen relativ niedrig gehalten. Der Spanwinkel der Reibahle liegt normalerweise zwischen 8° und 12°, obwohl in einigen speziellen Fällen ein Spanwinkel von 0° bis 5° verwendet werden kann, um ein Hochgeschwindigkeitsreiben zu erreichen. Der Freiwinkel beträgt im Allgemeinen etwa 8° bis 12°.

Der Hauptdeklinationswinkel wird je nach Loch gewählt. Im Allgemeinen beträgt der Winkel für ein Durchgangsloch 15° bis 30°, während er für ein nicht durchgehendes Loch 45° beträgt. Um die Späne beim Reiben nach vorne abzuleiten, kann der Schneidenneigungswinkel um ca. 10° bis 20° erhöht werden. Die Klingenbreite sollte zwischen 0,1 und 0,15 mm liegen. Der umgekehrte Konus der Reibahle sollte größer sein als bei gewöhnlichen Reibahlen. Die Reibahlen aus Hartmetall haben im Allgemeinen eine Konizität von 0,25 bis 0,5 mm/100 mm, während Reibahlen aus Schnellstahl eine Konizität von 0,1 bis 0,25 mm/100 mm haben.

Der Korrekturteil der Reibahle beträgt im Allgemeinen 65 bis 80 % der Länge gewöhnlicher Reibahlen. Die Länge des zylindrischen Teils beträgt normalerweise 40 bis 50 % der Länge gewöhnlicher Reibahlen.

2) Beim Reiben ist es wichtig, den richtigen Vorschub zu wählen, der zwischen 0,08 und 0,4 mm/U liegen sollte, und die Schnittgeschwindigkeit, die zwischen 10 und 20 m/min liegen sollte. Die grobe Reibzugabe sollte zwischen 0,2 und 0,3 mm liegen, während die feine Reibzugabe zwischen 0,1 und 0,2 mm liegen sollte. Es wird empfohlen, Hartmetallwerkzeuge zum Grobreiben und Schnellarbeitsstahlwerkzeuge zum Feinreiben zu verwenden.

3) Bei der Auswahl der Schneidflüssigkeit zum Reiben von Edelstahlmaterialien kann als Kühlmedium Totalverlustsystemöl oder Molybdändisulfid verwendet werden.

3. Langweilige Verarbeitung

1) Bei der Auswahl des Werkzeugmaterials für die Bearbeitung von Edelstahlteilen ist es wichtig, die hohe Schnittkraft und Temperatur zu berücksichtigen. Empfohlen werden Hartmetalle mit hoher Festigkeit und guter Wärmeleitfähigkeit, wie zum Beispiel YW- oder YG-Karbid. Zum Schlichten können auch YT14- und YT15-Hartmetalleinsätze verwendet werden. Für die Chargenbearbeitung können Werkzeuge aus Keramikmaterial eingesetzt werden. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass sich diese Materialien durch eine hohe Zähigkeit und starke Kaltverfestigung auszeichnen, was zu Vibrationen des Werkzeugs und mikroskopischen Vibrationen an der Klinge führen kann. Daher sollte bei der Auswahl von Keramikwerkzeugen zum Schneiden dieser Materialien die mikroskopische Zähigkeit berücksichtigt werden. Derzeit ist α/βSialon-Material aufgrund seiner hervorragenden Beständigkeit gegen Verformung bei hohen Temperaturen und Diffusionsverschleiß die bessere Wahl. Es wird erfolgreich beim Schneiden von Legierungen auf Nickelbasis eingesetzt und seine Lebensdauer übertrifft die von Keramik auf Al2O3-Basis bei weitem. SiC-Whisker-verstärkte Keramik ist auch ein wirksames Werkzeugmaterial zum Schneiden von Edelstahl oder Nickelbasislegierungen.

Für die Bearbeitung von vergüteten Teilen aus diesen Materialien werden CBN-Sägeblätter (kubisches Bornitrid) empfohlen. In Bezug auf die Härte steht CBN nach Diamant an zweiter Stelle und kann einen Härtegrad von 7000 bis 8000 HV erreichen. Es verfügt über eine hohe Verschleißfestigkeit und hält hohen Schnitttemperaturen bis zu 1200 °C stand. Darüber hinaus ist es chemisch inert und hat bei 1200 bis 1300 °C keine chemische Wechselwirkung mit Metallen der Eisengruppe, was es ideal für die Verarbeitung von Edelstahlmaterialien macht. Seine Standzeit kann Dutzende Male länger sein als die von Hartmetall- oder Keramikwerkzeugen.

2) Die Gestaltung der geometrischen Parameter des Werkzeugs ist entscheidend für die Erzielung einer effizienten Schneidleistung. Hartmetallwerkzeuge erfordern einen größeren Spanwinkel, um einen reibungslosen Schneidvorgang und eine längere Standzeit zu gewährleisten. Der Spanwinkel sollte für die Schruppbearbeitung etwa 10° bis 20°, für die Vorschlichtung 15° bis 20° und für die Schlichtbearbeitung 20° bis 30° betragen. Der Hauptablenkwinkel sollte basierend auf der Steifigkeit des Prozesssystems ausgewählt werden, mit einem Bereich von 30° bis 45° für gute Steifigkeit und 60° bis 75° für schlechte Steifigkeit. Wenn das Längen-Durchmesser-Verhältnis des Werkstücks das Zehnfache überschreitet, kann der Hauptablenkwinkel 90° betragen.

Beim Bohren von Edelstahlmaterialien mit Keramikwerkzeugen wird im Allgemeinen ein negativer Spanwinkel zum Schneiden verwendet, der zwischen -5° und -12° liegt. Dies trägt zur Stärkung der Klinge bei und nutzt die hohe Druckfestigkeit von Keramikwerkzeugen voll aus. Die Größe des Freiwinkels wirkt sich direkt auf den Werkzeugverschleiß und die Klingenstärke aus und liegt im Bereich von 5° bis 12°. Änderungen des Hauptablenkwinkels wirken sich auf die radialen und axialen Schnittkräfte sowie auf die Schnittbreite und -dicke aus. Da Vibrationen schädlich für Keramikschneidwerkzeuge sein können, sollte der Hauptablenkwinkel so gewählt werden, dass Vibrationen reduziert werden, normalerweise im Bereich von 30° bis 75°.

Bei Verwendung von CBN als Werkzeugmaterial sollten die geometrischen Parameter des Werkzeugs einen Spanwinkel von 0° bis 10°, einen Freiwinkel von 12° bis 20° und einen Hauptablenkwinkel von 45° bis 90° umfassen.

3) Beim Schärfen der Spanfläche ist es wichtig, den Rauheitswert klein zu halten. Dies liegt daran, dass ein kleiner Rauheitswert des Werkzeugs dazu beiträgt, den Strömungswiderstand der Schneidspäne zu verringern und das Problem des Anhaftens von Spänen am Werkzeug vermeidet. Um einen geringen Rauheitswert zu gewährleisten, empfiehlt es sich, die Vorder- und Rückseite des Werkzeugs sorgfältig zu schleifen. Dadurch wird auch verhindert, dass Späne am Messer haften bleiben.

4) Es ist wichtig, die Schneidkante des Werkzeugs scharf zu halten, um die Kaltverfestigung zu reduzieren. Darüber hinaus sollten Vorschub und Rückschnittmenge angemessen sein, um zu verhindern, dass das Werkzeug in die gehärtete Schicht schneidet, was sich negativ auf die Lebensdauer des Werkzeugs auswirken könnte.

5) Bei der Bearbeitung von Edelstahl ist es wichtig, auf den Schleifvorgang des Spanbrechers zu achten. Diese Späne sind für ihre starken und zähen Eigenschaften bekannt, daher sollte der Spanbrecher auf der Spanfläche des Werkzeugs ordnungsgemäß geschliffen sein. Dies erleichtert das Brechen, Festhalten und Entfernen der Späne während des Schneidvorgangs.

6) Beim Schneiden von Edelstahl wird empfohlen, eine niedrige Geschwindigkeit und große Vorschubmengen zu verwenden. Beim Aufbohren mit Keramikwerkzeugen ist die Wahl der richtigen Schnittmenge entscheidend für eine optimale Leistung. Für kontinuierliches Schneiden sollte die Schnittmenge auf der Grundlage des Verhältnisses zwischen Verschleißfestigkeit und Schnittmenge gewählt werden. Für intermittierendes Schneiden sollte die geeignete Schnittmenge anhand des Bruchmusters des Werkzeugs bestimmt werden.

Da Keramikwerkzeuge eine ausgezeichnete Hitze- und Verschleißfestigkeit aufweisen, ist der Einfluss der Schnittmenge auf die Werkzeuglebensdauer nicht so groß wie bei Hartmetallwerkzeugen. Im Allgemeinen ist bei der Verwendung von Keramikwerkzeugen die Vorschubgeschwindigkeit der empfindlichste Faktor für Werkzeugbruch. Versuchen Sie daher beim Bohren von Teilen aus rostfreiem Stahl, eine hohe Schnittgeschwindigkeit, einen großen Rückschnittbetrag und einen relativ kleinen Vorschub zu wählen, basierend auf dem Werkstückmaterial und abhängig von der Leistung der Maschine, der Steifigkeit des Prozesssystems und der Klingenstärke.

7) Bei der Arbeit mit rostfreiem Stahl ist es wichtig, die richtige Schneidflüssigkeit zu wählen, um ein erfolgreiches Bohren zu gewährleisten. Edelstahl ist anfällig für Verklebungen und weist eine schlechte Wärmeableitung auf. Daher muss die ausgewählte Schneidflüssigkeit über eine gute Verklebungsbeständigkeit und gute Wärmeableitungseigenschaften verfügen. Beispielsweise kann eine Schneidflüssigkeit mit hohem Chlorgehalt verwendet werden.

Darüber hinaus sind mineralöl- und nitratfreie wässrige Lösungen erhältlich, die eine gute Kühl-, Reinigungs-, Rostschutz- und Schmierwirkung haben, wie beispielsweise die synthetische Schneidflüssigkeit H1L-2. Durch die Verwendung der geeigneten Schneidflüssigkeit können die mit der Edelstahlbearbeitung verbundenen Schwierigkeiten überwunden werden, was zu einer verbesserten Werkzeugstandzeit beim Bohren, Reiben und Aufbohren, weniger Werkzeugschärfen und -wechseln, einer verbesserten Produktionseffizienz und einer qualitativ hochwertigeren Lochbearbeitung führt. Dies kann letztendlich die Arbeitsintensität und die Produktionskosten senken und gleichzeitig zufriedenstellende Ergebnisse erzielen.

Bei Anebon ist es unsere Idee, Qualität und Ehrlichkeit in den Vordergrund zu stellen, aufrichtige Hilfe zu leisten und nach gegenseitigem Gewinn zu streben. Unser Ziel ist es, stets Exzellentes zu schaffengedrehte Metallteileund MikroCNC-Frästeile. Wir schätzen Ihre Anfrage und werden Ihnen so schnell wie möglich antworten.