CNC-Bearbeitung aus Edelstahl: Die vollständige Anleitung

CNC-Bearbeitung aus Edelstahl: Was Ingenieure wissen müssen, bevor sie Teile bestellen

Edelstahl ist zu einem der am häufigsten nachgefragten CNC-Bearbeitungsmaterialien geworden. Ingenieure wählen es aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit und regulatorischen Vorschriften, aber die materialwissenschaftlichen Kompromisse zwischen der Anforderung eines CNC-bearbeiteten Edelstahlteils und dem tatsächlichen Erhalt eines solchen sind überraschend wenige Designteams erkennen.

Dieser Leitfaden behandelt die materialwissenschaftlichen Fakten, die Ihr CNC-Projekt aus Edelstahl ausmachen oder brechen werden: Sortimentswahl, Schnittparameter, Design-for-Manufacturing-Regeln, Anforderungen an die Oberflächenveredelung und Kosten Treiber Alle Datenpunkte stammen aus veröffentlichten Standards und technischen Referenzen Marketingmaterialien.

Warum Edelstahl eines der am härtesten zu CNC-Maschinen gehörenden Metalle ist

Edelstahl kann aufgrund von drei Eigenschaften, die sich gegenseitig verstärken, ein Albtraum für die Maschine sein: geringe Wärmeleitfähigkeit, Kaltverfestigung und abrasive Chromkarbide. Hier ist ein Weg zur Vermeidung: Kennen Sie zuerst die Mechanismen. ...

...Die Wärmeleitfähigkeit von Edelstahl der Serie 300 (normalerweise austenitisch) beträgt 15 W/mK im Durchschnitt 1/3 der von Kohlenstoffstählen (45-58 W/k) und weniger als 1/15 der einer gewöhnlichen Aluminiumlegierung (235 W/mK), gemäß veröffentlichten Daten aus dem Referenztabelle zur Wärmeleitfähigkeit von Thermtest. Das bedeutet bei der Bearbeitung, dass ein großer Teil der Schneidwärme nicht durch das Werkstück in die Späne und Werkzeuge übertragen wird, sondern an der Werkzeug-Span-Grenzfläche eingeklemmt bleibt, dies erhöht den Werkzeugverschleiß und fördert den Aufbau von Kanten.

Auch die Arbeitshärtung ist ein Faktor. Wenn die Werkzeugmaschine über austenitischen Edelstahl läuft, fließt der größte Teil der dem Werkstück verliehenen Energie in die Erhöhung der Oberflächenhärte des ungeschnittenen Materials. Wenn im Anschluss ein zu kleinerer, hartgeharteter Schnitt erfolgt, läuft das Werkzeug gegen hartes Material statt frisches Material Dies erzeugt eine zerstörerische Rückkopplungsschleife: mehr Hitze, mehr Reibung, schnellere Kaltverfestigung und schneller Werkzeugausfall.

...Ist das Chrom, das Edelstahl-Korrosionsbeständigkeit bietet (solange es mindestens 10,5% enthält gemäß der ASTM A276-Standard) und das innerhalb der Metallmatrix Chromkarbidpartikel bildet Diese Karbide sind mikroskopisch kleine Schleifmittel an der Schneidkante des Werkzeugs und verursachen auch bei mäßiger Geschwindigkeit Flankenverschleiß.

So wählen Sie die richtige Edelstahlsorte für Ihr CNC-Projekt aus

Letztendlich macht Ihre Wahl der Edelstahlsorte ca. 601TP3 T der Bearbeitungskomplexität Ihres Teils und 30-401TP3 T der Rohstoffkosten aus Die Auswahl einer Legierung allein aufgrund der Korrosionsbeständigkeit und das Ignorieren der Bearbeitbarkeit ist der häufigste Fehler, der die CNC-Projektkosten aus Edelstahl durch das Dach treibt.

Während alle rostfreien Stähle mindestens 10,51 TP3 T Chrom enthalten, kategorisieren andere Legierungselemente wie Nickel, Molybdän und Schwefel rostfreie Stähle in vier Haupttypen, die einzigartige Bearbeitbarkeit aufweisen:

Bearbeitbarkeitsindex im Vergleich zu freibearbeitetem Stahl AISI B1112 (1001TP3 T) Je höher der Index, desto einfacher ist das Material zu bearbeiten.

Der Vergleich der Edelstahlbearbeitung 304 mit der Edelstahlbearbeitung 303 zeigt eine große Lücke. Die Schwefel- und Selenzusätze, die die Bearbeitbarkeit von 303 auf 78% steigern, verringern nun die Korrosionsbeständigkeit und machen das Produkt praktisch unschweißbar. Für enge Toleranzen, die sowohl gute Bearbeitbarkeit als auch Schweißbarkeit erfordern, bleibt 304 der bestimmende Standard, obwohl eine Bearbeitbarkeit von 45% erreicht wird.

Die Zugabe von 2-31TP3 T Molybdän zur Bearbeitung von Edelstahl 316 erreicht eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit in Chloridumgebungen, macht es jedoch zur schwierigsten der gängigen austenitischen Qualitäten, die maschinell bearbeitet werden können. Erwarten Sie, 15-251TP3 T mehr Zykluszeit für die gleiche Geometrie im Vergleich zu 304 aufzuwenden.

In Anwendungen, die nicht durch austenitische Eigenschaften (nicht magnetisch, hohe Korrosionsbeständigkeit) beeinträchtigt werden, berücksichtigen Sie ferritische oder martensitische Edelstahllegierungen. Edelstahl 410 hat eine Bearbeitbarkeit von 54%, einen guten Kompromiss aus Bearbeitbarkeit und Korrosionsbeständigkeit, der weitaus einfacher ist als 304.

Für hochfeste und Luft- und Raumfahrt-Edelstahlanwendungen wird 17-4 normalerweise im geglühten Zustand A (~45 Bearbeitbarkeit) bearbeitet und auf H900 oder H1025 wärmebehandelt; Teile werden in Zustand A bearbeitet und anschließend wärmefest gemacht. Die Bearbeitung nach der Wärmebehandlung verringert die Bearbeitbarkeit um etwa 50% (auf 25%) und muss sehr enge Werkzeuge und langsame Vorschübe verwenden. Wir arbeiten mit 17-4 unter beiden Bedingungen in Luft- und Raumfahrt- und Werkzeugmaschinenprojekten in mehreren Edelstahlqualitäten.

Schneidparameter für Edelstahl: Vorschübe, Geschwindigkeiten und Werkzeuge

Das Finden der optimalen Geschwindigkeiten und Vorschübe für die Bearbeitung von Edelstahl wird besser durch die Vermeidung der Extreme erreicht als durch den Versuch, die Materialabtragsrate zu maximieren. Bei der Bearbeitung mit den optimalen Parametern wird das Material weder hart gearbeitet noch wird der Werkzeugverschleiß übermäßig beschleunigt Die folgende Tabelle ist eine konservative Referenz für Hartmetallwerkzeuge basierend auf veröffentlichten Bearbeitbarkeitsdaten aus dem Handbuch Edelstahlbearbeitung des Nickel Institute.

SFM = Oberflächenfüße pro Minute IPT = Inches Per Tooth IPR = Inches Per Revolution. DOC = Schnitttiefe Werte für beschichtete Hartmetalleinsätze/Endmühlen mit Kühlmittel.

Tooling-empfehlungen

Beim CNC-Fräsen beeinflusst die Auswahl der Endfräsen für die Bearbeitung von Edelstahl sowohl die Oberflächenveredelung als auch die maximale Lebensdauer der Schneidwerkzeuge. Beschichtete Hartmetall-Endfräsen haben eine um etwa 50% längere Betriebsdauer als unbeschichtete Hartmetallwerkzeuge in austenitischen Bearbeitbarkeitsqualitäten.
[Referenzquelle:http://cnccookbook.com/choosing-the-best-cnc-milling-cutter-in-stainless-steel/]

• Helixwinkel: 40 – 45° für austenitische Qualitäten Höhere Helixwinkel bewegen Chips schneller weg, wodurch das erneute Schneiden und der Wärmeaufbau in der Flöte reduziert werden.
• Flötenanzahl: 4-5 Flöten, die 3-Flöten-Rauhung abschließen. 3-Flöten sorgen für eine bessere Spanfreiheit.
• Variable Steigung: Endwalzwerk mit variabler Steigung Beseitigt häufige harmonische Vibrationsprobleme, die besonders im Langstreckenbetrieb aus Edelstahl wichtig sind.
• Beschichtung: Hochgeschwindigkeits-Karbidfräsen TiAlN oder AlTiN. Niedrigere Geschwindigkeit, Betrieb TiCN. Verwendung in CNC-Drehvorgänge.
• Schneidflüssigkeit: Hochwasserkühlmittel (Öl-basierte Emulsion, 6-81TP3 T Wasser/Öl-Mischung) Empfohlen Verwenden Sie die Mindestmenge Schmierung (MQL) auf leichten Endbearbeitungsschnitten.

Design für die Fertigung: Technische CNC-Teile aus Edelstahl

Konstruktionsmerkmale, die bei der Bearbeitung von Aluminium oder Weichstahl gute Leistungen erbringen, verursachen häufig Probleme bei der Bearbeitung von Stahlsorten, die viel härter sind als die SMX 26-23-22. Hohe Kräfte, niedrige Wärmeleitfähigkeit und Kaltverfestigungstendenzen beeinflussen alle ideale Wandstärken, Eckradien und Lochgeometrien in Edelstahl.

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  Mindestwandstärke: 1,5 mm 1,5 mm in Edelstahl 304 oder 316 unter Schnittkräften ausschlagen, was zu Geschwätz und Dimensionsvarianz führt Für Anforderungen an enge Toleranz (±0,05 mm), auf mindestens 2,0 mm erhöhen.
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  Inneneckenradius: che 1/3 der Taschentiefe 12 mm tiefe Innentasche benötigt mindestens einen 4 mm großen Eckradius. Dies ermöglicht eine 6 mm lange Endmühle, um die Ecke ohne vollständigen Eingriff zu räumen und die Schnittkräfte um etwa 301 TP3 T zu reduzieren. Scharfe Innenecken erfordern EDM, was Kosten und Vorlaufzeit erhöht. Siehe unseren detaillierten Leitfaden auf Inneneck Design Lösungen für CNC Bearbeitung.
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  Bohrlochtiefe: 4 ΜG Durchmesser ̄N Edelstahl, Späne Evakuierung wird unzuverlässig jenseits 4. Für tiefere Löcher, verwenden Sie picken Bohrzyklen oder geben Sie eine Tieflochbohrverfahren In Ihrem RFQ.
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  Gewindeschneidlochtiefe: 3 ΜG (3 ΜM Nenndurchmesser Edelstahl M6 erzeugt ein höheres Zapfmoment als Kohlenstoffstahl Ein Gewinde M6.0 in Edelstahl 316 sollte 18 mm nicht überschreiten. Richtige Gewindespezifikationen finden Sie in unserem Gewindekonstruktionsführung.
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  Verhältnis der Taschentiefe: 3:1 3. Darüber hinaus erreichen Endmühlen zuverlässig den Werkzeugdurchmesser, langes Werkzeug führt zu Durchbiegung und Geschwätz.
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  Vermeiden Sie unnötige enge Toleranzen ±0,1 mm Toleranzstufe unter ±0.1 mm erhöht Zykluszeit ±0,025 mm nur auf Passflächen und kritischen Merkmalen angeben, kann ±0 mm ohne Beeinträchtigung der Funktion verwenden.
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  Gleichmäßige Wandstärke, soweit möglich Uneven Wände in Edelstahlteilen erzeugen bei der Bearbeitung innere Spannungskonzentrationen Teilverformung, nachdem das Bauteil entklemmt wurde.
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  Erleichterung des Werkzeugzugriffs enthalten „Wenn Ihr Teil über interne Merkmale verfügt, bestätigen Sie, dass ein Standard-Schneidwerkzeug diese physisch erreichen kann. Hinterschneidungen, interne Rillen und Backboore-Funktionen erfordern möglicherweise spezielle Werkzeuge oder Draht-EDM-Operationen.

Oberflächenveredelung und Nachbearbeitung für bearbeiteten Edelstahl

Die fertige Oberfläche eines CNC-bearbeiteten Edelstahlteils ist nicht nur ästhetisch wichtig, sie bestimmt Korrosionsbeständigkeit, Reinigbarkeit, Ermüdungslebensdauer, Industriekonformität und verlängert die Lebensdauer nachfolgender Schritte im Endbearbeitungsprozess Wählen Sie eine Nachformbehandlung entsprechend den Anwendungsbedingungen und Industriestandards.

Passivierung: Die obligatorische Basislinie

Durch die Passivierung wird freies Eisen von der Oberfläche bearbeiteter Edelstahlteile entfernt, wodurch die Chromoxidschicht wiederhergestellt wird, die Korrosionsbeständigkeit bietet. Pro der ASTM A967-Standard, Es werden zwei primäre chemische Methoden zugelassen:

• Salpetersäure-Passivierung – Die traditionelle Methode Wirksam für alle Edelstahlsorten Verwendet 20-501TP3 T Salpetersäurelösung bei 2050°C für 20 – 20 Minuten.
• Zitronensäure-Passivierung (Methode C) – Zunehmend übernommen für rostfreie Stähle der Serie 300. Geringere Umweltbelastung, keine NOx-Emissionen und erreicht ein gleichwertiges Chrom-Eisen-Verhältnis auf der passivierten Oberfläche.

Branchendaten aus der Able Elektropolieren technischer Vergleich Zeigt, dass Elektropolieren eine etwa 30-mal höhere Korrosionsbeständigkeit bietet als Passivierung allein, da es eine kontrollierte Mikroschicht (typischerweise 104 µm) aus Oberflächenmaterial zusammen mit eingebetteten Verunreinigungen, Mikrokörnern und Oberflächenspannung entfernt.

CNC-Bearbeitungskosten aus Edelstahl: Was treibt den Preis an

Die Kosten für CNC-Bearbeitung von Edelstahlteilen sind in der Regel 1,5-3 höher als bei gleichwertigen Teilen in Aluminium und 1,2-1,8 höher als bei Kohlenstoffstahl Diese Multiplikatoren stammen von vier Hauptkostentreibern – und wenn Sie sie verstehen, haben Sie die direkte Kontrolle über Ihr Projektbudget.

Fünf Strategien zur Reduzierung der Bearbeitungskosten für Edelstahl

1. Gradesubstitution (geringere Korrosionsbeständigkeit) Wenn Ihre Anwendung eine verringerte Korrosionsbeständigkeit akzeptieren kann, können durch den Wechsel von 316 auf 304 die Materialkosten um 30~40% und die Zykluszeit um 15~25% gesenkt werden.
2. Toleranzrelaxation: Bei nicht schlüsselfertigen Abmessungen, die 0,025 mm statt 0,1 mm toleriert werden, würden 0,025 mm weggehen und Abschlussdurchgänge auf diesen Oberflächen würden weggehen, wodurch die Schnittzykluszeit verkürzt würde.
3. Chargengröße: Einrichtungskosten können auf Teile verteilt werden. Eine Erhöhung der Chargengröße von 10 auf 50 kann die Stückkosten um 25-401 TP3T senken.
4. DFM-Rezension: Das Entfernen einer scharfen Innenecke oder Tasche an einem Edelstahlteil kann die Maschinenzeit um 15-30 Minuten verkürzen. Planen Sie eine DFM-Rezension, bevor Sie zur Freigabe einreichen.
5. Finish Specification: Wählen Sie Elektropolieren nur für die Oberflächen, die es benötigen Ein Teil, das 1 elektropolierte Fläche und 5 im maschinellen Zustand bearbeitete Flächen hat, kostet viel weniger als ein vollständig elektropoliertes Teil.

Um ein genaues Angebot zu erhalten Maßgeschneidertes CNC-Bearbeitungsprojekt aus Edelstahl, Le-creator bietet DFM-Feedback zusammen mit allen Angeboten an, um vor der Produktion Kosteneinsparungsmaßnahmen zu finden.

Häufig gestellte Fragen zur CNC-Bearbeitung aus Edelstahl