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Fehlerbehebung bei der Herstellung von Löchern in rostfreiem Stahl
Fehlerbehebung bei der Herstellung von Löchern in rostfreiem Stahl


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Christa Kettlewell
Allied Machine and Engineering

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Im Gegensatz zur Bearbeitung anderer Werkstoffe müssen bei der Bearbeitung von nichtrostendem Stahl vor Beginn der Arbeiten in der Werkstatt eine Vielzahl von Aspekten geprüft werden. Es sollten nicht nur Spezialisten für Schneidwerkzeuge und Kühlmittel konsultiert werden, sondern auch die Möglichkeiten der Maschine. Außerdem muss sichergestellt werden, dass die richtigen Werkzeugkomponenten verwendet werden: Geometrien der Schneidwerkzeuge, Substrate und Beschichtungen, Art des Kühlmittels und Kühlmitteldruck und vieles mehr. Die Bearbeitung von rostfreiem Stahl ist jedoch aufgrund seiner geringen Bearbeitbarkeit mit vielen einzigartigen Herausforderungen verbunden - eine Bewertung der Bearbeitbarkeit, die überwunden werden muss, um die vielen Vorteile von rostfreiem Stahl nutzen zu können.

Nichtrostender Stahl wird in verschiedenen Güteklassen angeboten, die sich auf bestimmte Eigenschaften beziehen. Diese Güten werden auch in Gruppen eingeteilt, die auf metallurgischen Eigenschaften basieren. Im Folgenden werden die verschiedenen Familien von rostfreiem Stahl beschrieben.
Austenitisch - Ein relativ weit verbreitetes Material, austenitischer Stahl wird als Serie Typ 300 bezeichnet; die Sorten 304 und 316 sind am weitesten verbreitet. Während austenitischer Edelstahl nicht effektiv wärmebehandelt werden kann, kann er durch Kaltumformung gehärtet werden - ein Prozess, bei dem die Form ohne Wärmezufuhr verändert wird. Korrosionsbeständigkeit, geringer Magnetismus und gute Formbarkeit sind weitere Eigenschaften, die mit dieser Familie von Edelstählen in Verbindung gebracht werden.
Ferritisch - Ferritische nichtrostende Stähle gehören zur Typ-400-Reihe und zeichnen sich durch ihre Korrosionsbeständigkeit, ihre hohe Duktilität und ihren Magnetismus aus; sie sind in der Regel Eisen-Chrom-Legierungen. Diese Familie kann eher durch Kaltverformung als durch thermische Härtungsmethoden verändert werden.
Martensitisch - Ähnlich wie ferritische rostfreie Stähle sind auch martensitische Stähle Eisen-Chrom-Legierungen der Serie Typ 400; im Gegensatz zu den ferritischen Stählen kann diese Sorte jedoch durch Wärmebehandlung gehärtet werden. Weitere Merkmale sind Magnetismus, gute Duktilität und Korrosionsbeständigkeit.
Ausscheidungsgehärtet (PH) - Durch den Prozess der Ausscheidungshärtung erhält ausscheidungsgehärteter rostfreier Stahl eine höhere Festigkeit und eine bessere Korrosionsbeständigkeit. Außerdem ähnelt er in seiner chemischen Zusammensetzung dem martensitischen Edelstahl.
Duplex - Mit einer Zusammensetzung aus Nickel, Molybdän und höheren Chromanteilen vereinen Duplex-Edelstähle die Eigenschaften von ferritischem und austenitischem Edelstahl, wobei diese Stahlfamilie eine höhere Festigkeit und eine hohe örtliche Korrosionsbeständigkeit aufweist.
Ganz gleich, ob es sich um die Bearbeitung von Ventildrosselkörpern für die Offshore-Ölindustrie (Edelstahl 410), von Pumpendeckeln für die Lebensmittelindustrie (Edelstahl 316), von Buchsen für die Luft- und Raumfahrtindustrie (Edelstahl 17-4) oder von Pumpen für die Wasser- und Abwasserindustrie (Edelstahl 304) handelt, die Kenntnis und das Verständnis der verschiedenen Sorten und Eigenschaften von Edelstahl ermöglicht es den Bearbeitern, Edelstahl effektiv zu nutzen und die damit verbundenen Herausforderungen zu meistern, wenn sie auftreten.

Eine der größten Herausforderungen bei der Bearbeitung von rostfreiem Stahl ist die Spankontrolle. Legierungselemente wie Nickel bewirken, dass rostfreier Stahl teilweise hitzebeständig ist, was zu Schwierigkeiten bei der Spanbildung und damit zu einer schlechten Spanabfuhr führt. Bei typischen Zerspanungsanwendungen von Stahl geht die Wärme in den gebildeten Metallspan über. Bei der Bearbeitung von rostfreiem Stahl verhindern die hitzebeständigen Nickellegierungen diesen Wärmeübergang. Dies führt zu höheren Schnitttemperaturen und einem höheren Verschleiß der Werkzeuge im Vergleich zur herkömmlichen Stahlbearbeitung. Einfach ausgedrückt: Die Beschaffenheit des Materials und seine hohe Elastizität erschweren die Spanbildung und führen zu einem hohen Verschleiß des Schneidwerkzeugs.

Um diese Herausforderungen zu bewältigen, gibt es mehrere Möglichkeiten - eine davon ist die Kenntnis der Maschinenbedingungen. Der Maschinentyp spielt zwar eine untergeordnete Rolle, aber der Maschinenzustand ist viel nachteiliger. Zerspanungsmechaniker müssen sich fragen: Ist die Spindel starr? Ist die Ausrichtung angemessen oder liegt die Rundlaufgenauigkeit bei einer Drehmaschine bei Null? Die Kenntnis dieser Faktoren kann bei der Bearbeitung von rostfreiem Stahl von großem Nutzen sein oder zu erheblichen Problemen führen. Darüber hinaus bietet der Durchlauf des Werkzeugkühlmittels erhebliche Vorteile für die Werkzeugstandzeit im Vergleich zu Flutkühlmitteln. Schließlich sind aufgrund der Legierungselemente mehr Drehmoment und Leistung zum Bohren von rostfreiem Stahl erforderlich als bei typischen Stahl- oder Aluminiumwerkstoffen.

Diese Herausforderungen bei rostfreien Werkstoffen können auch dadurch gelöst werden, dass mit einer aggressiveren Geometrie gearbeitet wird, um die Spanbildung zu fördern. Bei austenitischem Edelstahl wie 316 ist es am besten, eine Geometrie mit einem größeren Spanwinkel zu verwenden, um einen besser handhabbaren Span zu erzeugen; bei einem härteren Material wie PH-Edelstahl ist diese Methode jedoch nicht effektiv. In diesem Fall führt eine Vergrößerung des Spanwinkels zu einer Schwächung der Schneidkante, was wiederum die Standzeit des Werkzeugs verringert. Bei härteren Werkstoffen überwiegen daher oft die negativen Aspekte die positiven.     

Dennoch sind die Vorteile von rostfreiem Stahl so zahlreich, dass es von Vorteil ist, diese Herausforderungen zu meistern, wenn dies möglich ist. Die Korrosionsbeständigkeit ist einer der Hauptvorteile von nichtrostendem Stahl. Da eine Reihe von Edelstahlsorten sehr korrosionsbeständig sind, ist er das Material der Wahl für Anwendungen, bei denen es zu einem direkten Kontakt mit Witterungseinflüssen oder korrosiven Materialien kommt. In der Energiewirtschaft beispielsweise werden elektrische Leitungen, die für Offshore-Windparks durch den Ozean verlegt werden, aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit aus rostfreiem Stahl oder einer hochtemperaturbeständigen Legierung hergestellt, die im Gegensatz zu anderen Werkstoffen nicht von Salzwasser beeinträchtigt wird. Auch bei Offshore-Bohrungen wird wegen der korrosiven und abrasiven Stoffe, die durch diese Leitungen gepumpt werden, rostfreier Stahl verwendet.

Die Lebensmittelindustrie ist ein weiterer Industriezweig, in dem rostfreier Stahl häufig verwendet wird. Die Chromzusammensetzung des Edelstahls, die mindestens 10 % betragen muss, ist gegenüber Sauerstoff sehr reaktiv. Dadurch bildet sich auf der Oberfläche von rostfreiem Stahl eine starke, nicht reaktive Barriere, was ihn zum Material der Wahl für die Lebensmittelindustrie macht. Und schließlich machen die von Natur aus hohe Festigkeit des Edelstahls sowie seine Korrosions- und Witterungsbeständigkeit ihn zu einem unverzichtbaren Werkstoff für die Luft- und Raumfahrtindustrie, wenn es um Präzisionsteile, Armaturen und andere Komponenten geht.

Alles in allem ist nichtrostender Stahl kein Material, das man einfach so in eine Werkstatt bringen kann, um es zu bearbeiten; jeder Aspekt muss vor der Bearbeitung von nichtrostendem Stahl geprüft werden. Maschinenbediener müssen nicht nur die verschiedenen Edelstahlsorten und ihre Eigenschaften genau kennen, sondern auch die Möglichkeiten der Maschine prüfen. Ja, Werkzeugverschleiß und hervorragende Spanbildung sind Herausforderungen, denen man sich beim Bohren von Edelstahl stellen muss. Glücklicherweise lassen sich diese Probleme durch den richtigen Einsatz von Kühlmitteln und die richtige Auswahl von Wendeplattengeometrien, Beschichtungen und Substraten in den Griff bekommen. Die beste Auswahl kann durch die Beratung mit Experten für Schneidwerkzeuge und Kühlmittel vereinfacht werden. Technische Unterstützung bei der Herstellung von Bohrungen und der Endbearbeitung von rostfreiem Stahl erhalten Sie unter (330) 423-8243 oder unter https://www.alliedmachine.com/Contact.

Denken Sie daran, dass man bei der Bearbeitung von rostfreiem Stahl nicht einfach mit allem durchkommt.


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