Wie kann ich schnell sichere Anfangsparameter für eine neue Edelstahlgüte festlegen?

Die Definition sicherer und effektiver Anfangsparameter für die Bearbeitung einer unbekannten Edelstahllegierung ist eine entscheidende ingenieurtechnische Aufgabe, die ein Gleichgewicht zwischen Vorsicht und Effizienz erfordert. Ein unstrukturiertes Vorgehen kann zu Werkzeugbruch, Kaltverfestigung und Ausschussteilen führen. Eine systematische, datengestützte Strategie ermöglicht es, schnell einen stabilen und produktiven Prozess zu etablieren. Im Folgenden wird die schrittweise Methodik beschrieben, die unsere Prozessingenieure bei Neway anwenden, um neue Materialien sicher und effizient einzufahren.

1. Erstellung einer Materialgrundlage durch Kategorisierung

Der erste Schritt besteht darin, die neue Legierung einer bekannten Familie zuzuordnen und ihre wichtigsten Eigenschaften zu verstehen.

• Bestimmung der Materialfamilie: Ermitteln Sie, ob es sich um eine austenitische (z. B. 300er-Serie), martensitische (z. B. 400er-Serie), ferritische, Duplex- oder ausscheidungshärtende (PH) Legierung handelt. Diese Klassifizierung gibt sofort Aufschluss über das erwartete Verhalten: Austenite neigen stark zur Kaltverfestigung, Martensite können abrasiv sein und Duplexstähle sind besonders zäh und fest.

• Recherche der Schlüsseldaten: Ermitteln oder berechnen Sie Zugfestigkeit (UTS), Streckgrenze und Härte. Vergleichen Sie diese Werte mit einem bekannten Referenzmaterial. Wenn die neue Legierung beispielsweise eine 20 % höhere Zugfestigkeit als SUS304 aufweist, ist mit höherem Leistungsbedarf und geringeren Schnittgeschwindigkeiten zu rechnen.

• Prüfung auf Zusätze: Ermitteln Sie, ob es sich um eine „freischneidende“ Sorte handelt. Legierungen wie SUS303 enthalten Schwefel oder Selen und lassen sich besonders aggressiv zerspanen. Wenn es sich nicht um eine freischneidende Sorte handelt, ist sie zäher und anfälliger für Aufbauschneidenbildung.

2. Berechnung konservativer Startparameter

Nutzen Sie die Materialgrundlage, um sichere Startwerte zu berechnen – lieber etwas vorsichtiger ansetzen.

• Schnittgeschwindigkeit (SFM – Surface Feet per Minute):

  • Referenzmethode: Starten Sie mit einem bekannten SFM-Wert für eine ähnliche Sorte und passen Sie ihn an. Wenn der Referenzwert für 304 = 250 SFM beträgt und die neue Legierung 15 % fester ist, beginnen Sie bei ca. 215 SFM (250 × 0,85).

  • Faustregel: Für unbekannte austenitische oder Duplex-Stähle sind 150–200 SFM für Schruppen und 200–250 SFM für Schlichten sehr sichere Ausgangswerte. Für martensitische Stähle wie SUS420 beginnen Sie niedriger, bei etwa 100–150 SFM.

• Spanungsdicke (IPT – Inches per Tooth):

  • Vermeidung von Reibung: Der häufigste Fehler ist eine zu geringe Spanungsdicke, was zu Reibung und sofortiger Kaltverfestigung führt. Starten Sie mit einer konservativen, aber klaren Spanungsdicke, z. B. 0,001–0,002 IPT bei einem ½"-Fräser.

  • Vorschub vor Drehzahl: Es ist sicherer, mit etwas niedrigerer Geschwindigkeit und kräftigem Vorschub zu fahren, als mit hoher Geschwindigkeit und zu geringem Vorschub.

• Schnitttiefe:

  • Axiale Schnitttiefe (Ap): Für den ersten Test empfiehlt sich eine geringe Tiefe, z. B. 0,5 × Werkzeugdurchmesser, um Werkzeugdruck und Durchbiegung zu minimieren.

  • Radiale Schnitttiefe (Ae): Verwenden Sie eine konservative Zustellung. Für Schruppen beginnen Sie mit 40–50 % des Werkzeugdurchmessers, für Schlichten 10–20 %.

3. Durchführung eines strukturierten „Test-und-Beobachtungs“-Protokolls

Der erste Schnitt liefert wertvolle Daten. Ziel ist es, systematisch zu beobachten und anzupassen.

1. Werkzeugauswahl: Verwenden Sie ein scharfes, neues Hartmetallwerkzeug, unbeschichtet oder TiCN/TiAlN-beschichtet. Eine positive Spanwinkelgeometrie ist für scherende statt drückende Schnitte zu bevorzugen.

2. Erster Testschnitt: Fahren Sie die berechneten konservativen Parameter für eine kurze Zeit (10–15 Sekunden Schnittdauer).

3. Beobachtung des Spans: Der Span ist das wichtigste Diagnoseinstrument.

   • Ziel: Ein eng gewickelter, warm anzufassender Span. Die Farbe sollte strohgelb oder hellbraun sein. Ein blauer Span weist auf übermäßige Wärme hin; ein silberner, gerader Span bedeutet zu geringe Spanungsdicke.

   • Maßnahme: Bei blauem Span SFM reduzieren und/oder Kühlung erhöhen. Bei silbernem, langem Span Vorschub (IPT) erhöhen.

4. Geräuschbeurteilung: Ein gleichmäßiges, ruhiges Geräusch ist ideal. Kreischende oder vibrierende Töne deuten auf Schwingungen hin – oft hilft eine Erhöhung des Vorschubs oder eine Reduzierung der radialen Zustellung, um die Eigenfrequenz zu verändern.

5. Werkzeug- und Oberflächeninspektion: Nach dem Test anhalten und prüfen.

   • Aufbauschneiden (BUE): Materialanhaftung an der Schneide deutet auf zu niedrige Geschwindigkeit oder zu hohen Vorschub bei zähem Material hin. SFM erhöhen.

   • Starker Flankenverschleiß: Rascher Verschleiß zeigt zu hohe SFM oder stark abrasive Legierung. SFM reduzieren.

   • Kaltverfestigte Oberfläche: Wenn die Oberfläche hart und glasig wirkt, war der Vorschub zu gering. IPT beim nächsten Schnitt erhöhen.

4. Verfeinerung und Dokumentation des Prozesses

Basierend auf den Beobachtungen sollten Anpassungen schrittweise erfolgen.

• Systematisch anpassen: Ändern Sie jeweils nur einen Parameter (SFM, IPT, Ap oder Ae), um dessen Einfluss isoliert bewerten zu können.

• Schrittweise Optimierung: Sobald ein stabiler Schnitt mit guten Spänen und akzeptablem Werkzeugverschleiß erreicht ist, können die Parameter vorsichtig erhöht werden, um Abtragsrate oder Standzeit zu optimieren.

• Nutzung von Herstellerdaten: Vergleichen Sie Ihre Ergebnisse mit technischen Datenblättern oder den Ressourcen auf unserer Edelstahl-CNC-Bearbeitungsseite, die oft validierte Startwerte für gängige Sorten enthalten.

Fazit: Ein methodischer Ansatz für vorhersehbare Ergebnisse

Die schnelle Definition sicherer Parameter ist keine Ratesache, sondern basiert auf fundierter Abschätzung und disziplinierter Beobachtung. Durch die Kategorisierung des Materials, konservative Startberechnungen und die Analyse der Spanbildung als Hauptindikator können Sie effizient und sicher einen robusten Bearbeitungsprozess für jede neue Edelstahllegierung aufbauen – mit minimalem Risiko und maximaler Prozesssicherheit.