Was sind die Hauptunterschiede zwischen den Schnittparametern von Edelstahl und Kohlenstoffstahl?
Die grundlegenden Unterschiede der Schnittparameter zwischen Edelstahl und Kohlenstoffstahl ergeben sich aus ihren unterschiedlichen metallurgischen Eigenschaften. Kohlenstoffstahl ist im Allgemeinen leichter zu zerspanen, während Edelstahl einen präziseren Ansatz erfordert, um seine Herausforderungen zu bewältigen. Das Verständnis dieser Unterschiede ist entscheidend, um Werkzeugstandzeit, Oberflächenqualität und Zykluszeit zu optimieren. Die Hauptunterschiede liegen im Umgang mit Kaltverfestigung, Wärmeableitung und Schnittkräften.
1. Neigung zur Kaltverfestigung: Der Hauptunterschied
Edelstahl: Austenitische Sorten (wie 304, 316) neigen stark zur schnellen Kaltverfestigung während der Bearbeitung. Wenn das Werkzeug reibt statt schneidet, kann die Oberflächenhärte stark ansteigen, was zu beschleunigtem Werkzeugverschleiß und möglichem Werkzeugbruch bei weiteren Durchgängen führt.
Kohlenstoffstahl: Hat eine deutlich geringere Neigung zur Kaltverfestigung. Er ist toleranter gegenüber leichten Schnitten und gelegentlichem Werkzeugreiben.
Parameter-Auswirkung: Bei Edelstahl ist ein höherer und gleichmäßiger Vorschub erforderlich, um sicherzustellen, dass das Werkzeug immer unterhalb der verfestigten Schicht schneidet. „Steif und aggressiv“ ist die Devise. Bei Kohlenstoffstahl kann der Vorschub flexibler eingestellt werden.
2. Wärmeleitfähigkeit: Wärmemanagement
Edelstahl: Hat eine geringe Wärmeleitfähigkeit (ca. 15–25 W/m·K). Die beim Schneiden erzeugte Wärme wird nicht schnell abgeführt und konzentriert sich an der Werkzeug-Schneidstelle. Dies führt zu hohen Temperaturen an der Werkzeugspitze.
Kohlenstoffstahl: Besitzt eine höhere Wärmeleitfähigkeit (ca. 45–65 W/m·K). Er leitet Wärme effektiver über den Span und das Werkstück ab.
Parameter-Auswirkung: Um die Wärme bei Edelstahl zu kontrollieren, müssen Schnittgeschwindigkeiten (SFM) deutlich niedriger gewählt werden als bei Kohlenstoffstahl. Während man z. B. 1018-Stahl mit 500–600 SFM schruppen kann, wird 304-Edelstahl mit 200–300 SFM bearbeitet. Hochdruckkühlung ist bei Edelstahl entscheidend, um die Wärmekonzentration zu reduzieren.
3. Festigkeit und Zähigkeit
Edelstahl: Besitzt im Vergleich zu unlegierten Kohlenstoffstählen bei Bearbeitungstemperaturen höhere Streck- und Zugfestigkeit. Er behält seine Festigkeit auch bei höheren Temperaturen bei, was ihn „zäh“ macht und schwer zu schneiden.
Kohlenstoffstahl: Weiche Stähle wie 1018 oder 1045 haben geringere Festigkeit, benötigen weniger Schnittkraft und erzeugen niedrigere Schnittkräfte.
Parameter-Auswirkung: Die höhere Festigkeit von Edelstahl erfordert mehr Maschinenleistung und Steifigkeit. Zudem muss die Schnitttiefe (insbesondere axial) oft konservativer gewählt werden, um eine Überlastung des Werkzeugs – insbesondere bei kleineren Durchmessern – zu vermeiden.
4. Spanbildung und Spanabfuhr
Edelstahl: Bildet lange, zähe Späne, die schwer zu brechen sind. Diese können sich um Werkzeug und Werkstück wickeln und sowohl Oberfläche als auch Werkzeug beschädigen.
Kohlenstoffstahl: Bildet in der Regel kurze, C-förmige Späne, die sich mit der richtigen Spanleitstufe leicht abführen lassen.
Parameter-Auswirkung: Bei Edelstahl sind Werkzeuge mit scharfen, positiven Spanwinkeln und effektiven Spanbrechern unerlässlich. Höhere Vorschübe helfen, dickere und brüchigere Späne zu erzeugen. Bei Kohlenstoffstahl sind Standard-Spanleitstufen in einem breiteren Parameterbereich wirksam.
Gegenüberstellung der Parameter
Parameter | Edelstahl (z. B. 304) | Kohlenstoffstahl (z. B. 1018) |
|---|---|---|
Schnittgeschwindigkeit (SFM) | Niedrig bis Mittel (150 – 350 SFM) | Mittel bis Hoch (400 – 700 SFM) |
Vorschubrate (IPT) | Höher & konstant (entscheidend zur Vermeidung von Kaltverfestigung) | Flexibler (anpassbar für Schlichten oder Schruppen) |
Schnitttiefe | Axial konservativ zur Kraftkontrolle; radial an HSM anpassbar. | Aggressiver möglich, besonders bei steifen Aufspannungen. |
Werkzeuggeometrie | Scharf, positiver Spanwinkel. Unverzichtbar. | Kann neutrale oder negative Spanwinkel für grobe Schnitte verwenden. |
Werkzeugmaterial / Beschichtung | Hartmetall mit zähem Substrat. TiAlN-Beschichtung dringend empfohlen wegen Hitzebeständigkeit. | Hartmetall oder HSS für einfache Arbeiten. TiN- oder TiCN-Beschichtungen sind üblich. |
Kühlmittel | Hochdruck-Flutkühlung ist entscheidend für Wärmekontrolle und Spanabfuhr. | Flutkühlung ist nützlich, aber weniger kritisch als bei Edelstahl. |
Praktische Zusammenfassung
Der Wechsel von Kohlenstoffstahl zu Edelstahl erfordert ein grundsätzlich anderes Denken:
Reduzieren Sie die Schnittgeschwindigkeit (SFM). Edelstahl kann nicht mit denselben Geschwindigkeiten bearbeitet werden wie Kohlenstoffstahl, ohne die Werkzeuge zu zerstören.
Halten oder erhöhen Sie den Vorschub (IPT). „Sanftes Schneiden“ führt nur zu Kaltverfestigung – ein fester, gleichmäßiger Vorschub ist die beste Verteidigung.
Priorisieren Sie Steifigkeit und Kühlung. Jede Schwäche im System (Werkzeughalter, Maschine, Spannvorrichtung) wird durch die höheren Schnittkräfte und die Hitze bei Edelstahl offengelegt.
Bei Herstellern wie Neway ist dieses Wissen direkt in unseren CNC-Bearbeitungsprozess integriert. Wir pflegen separate, erprobte Parameterbibliotheken für verschiedene Materialfamilien, um sicherzustellen, dass bei der Bearbeitung von Kohlenstoffstahl oder Edelstahl die Prozesse automatisch auf das spezifische Werkstoffverhalten abgestimmt sind – für maximale Effizienz, Werkzeugstandzeit und Teilequalität.
