Innovativ bei Edelstahlbearbeitung
Edelstahl wirtschaftlich zerspanen
Laut Angaben des International Stainless Steel Forum (ISSF) hat sich die Nachfrage nach Edelstahlprodukten in den letzten 20 Jahren nahezu verdoppelt und wächst weiterhin um fünf Prozent im Jahr. Der weltweite Anstieg an Edelstahlprodukten erfordert Werkzeuge für eine wirtschaftliche Bearbeitung. Dormer Parmet hat sich diesem Trend angepasst und hocheffiziente Werkzeuge und Schneidstoffe entwickelt.
Edelstahl ist für viele Branchen rund um den Globus ein äußerst wichtiges Material. Da er nicht rostet, ist Edelstahl ideal für eine Vielzahl von Komponenten geeignet bspw. in der Luftfahrtindustrie, im Maschinenbau, der Schiffsindustrie, in Öl- und Gaswirtschaft wie auch in der Medizintechnik und für Verbraucherartikel. Zwar gibt es Edelstahl bereits seit mehr als 100 Jahren, seine Nutzung hat sich aber seit der Wende zum 21. Jahrhundert signifikant erhöht. Wurden 2005 rund 24 Millionen Tonnen produziert, waren es 2014 mit fast 42 Millionen Tonnen 70 Prozent mehr. Dieses Wachstum geht größtenteils auf ein drastisches Wachstum in China zurück. Lag dort der Anteil an der Weltproduktion im Jahr 2005 noch bei 13 Prozent, betrug er 2014 bereits mehr als 52 Prozent.
Diese rasante Entwicklung wurde nicht nur durch die steigende globale Nachfrage ausgelöst, sondern auch durch den erhöhten Bedarf in China, wo große Mengen an Edelstahl für Haushaltsprodukte, Baumaterialien und Maschinen benötigt werden. „Die Vielzahl an Einsatzmöglichkeiten zog eine enorme Sortenvielfalt nach sich“, stellt Ricky Payling, Anwendungsspezialist bei Dormer Pramet, in der Praxis fest. „Heute haben wir über 150 verschiedene Edelstahlsorten, die gängigsten sind Ferrit-, Martensit-, Austenit-, Superaustenit- und Duplex-Stahl.“
Das Hauptlegierungselement ist Chrom, das eine ultradünne Passivschicht aus Chromoxid an der Oberfläche bildet. Generell lässt sich sagen, dass die Beständigkeit gegenüber Korrosion und Oxidation mit steigendem Chrom-Anteil wächst. Andere Legierungselemente, wie z. B. Nickel und Molybdän, können beigemischt werden, um die Struktur zu ändern, die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern und die Festigkeit zu erhöhen.
„Wo mehr Edelstahl zum Einsatz kommt, muss auch mehr zerspant werden“, so der Anwendungsspezialist. Da die Bearbeitung von Edelstahl ein schwieriger Prozess ist, haben die Hersteller viel Zeit und Ressourcen in die Suche nach neuen Methoden für die Bewältigung der zahlreichen Anforderungen investiert, die sich in diesem Anwendungsfeld ergeben. „Wir als Hersteller von Präzisionswerkzeugen für die Metallbearbeitung haben uns dem gestiegen Edelstahlverbrauch angepasst und unsere Werkzeug- und Schneidstoffentwicklung entsprechend ausgerichtet.“
Zu den jüngsten Innovationen gehören Schneidwerkzeuge mit neuen Geometrien, verbesserte Kühlmittel und stärkere Beschichtungen zur Verbesserung der Leistung und der Werkzeuglebensdauer. So reduzieren bspw. Bohrer mit weniger Schneidkantenverrundung den Kontakt mit der Bohrungsoberfläche, wodurch die Reibung zwischen der zylindrischen Fase und den Bohrungswänden minimiert wird. Auf diese Weise werden die Verfestigung und die erzeugten Temperaturen verringert. Positive Anschliffe gewährleisten exzellenten Spanbruch und optimale Spanabführung. Eine speziell entwickelte Spannut bietet höchste Steifigkeit und genügend Spielraum für die effiziente Abführung der Späne, wodurch Maschinenstillstandszeiten spürbar reduziert werden.
Beschichtungen und Kühlmittel
Bei der Bearbeitung von Edelstahl entstehen erfahrungsgemäß hohe Temperaturen, die zu einer plastischen Verformung und hohem Kolkverschleiß führen. Daher wird durch eine großzügig ausgelegte Kühlmittelversorgung Wärme von der Schneidkante abgeführt. Außerdem werden so der Spanbruch unterstützt und die Dimensionalstabilität der Komponente verbessert. „Beim Einsatz von Kühlschmiermittel muss jederzeit eine ausreichende Versorgung sichergestellt werden“, sagt Ricky Payling, „da bei einem Kühlmittelmangel, Temperaturschwankungen auftreten können. Das kann Kammrisse verursachen, die die Lebensdauer des Werkzeugs verkürzen. Schneidwerkzeuge mit innerer Kühlmittelzufuhr ermöglichen die sofortige Reduzierung der Temperatur und unterstützen die Spanabführung.“
Für die Bearbeitung von Edelstahl haben sich Titan-Aluminiumnitrid-Beschichtungen (TiAlN) bewährt, da sie dank einer Aluminiumoxid-Schicht auch bei hohen Temperaturen ihre Härte beibehalten, wodurch die Abführung der Wärme vom Schneidwerkzeug unterstützt wird. Die hohe Festigkeit von Edelstahl und seine Duktilität erschweren den Spanbruch. Dadurch erhöht sich das Risiko von Vibrationen, die sich negativ auf die Oberflächengüte auswirken und die Lebensdauer des Werkzeugs oder des Einsatzes verkürzen. „Anwender sollten sicherstellen, dass die Werkzeuge und Werkstücke stabil und gut eingespannt sind“, rät der Anwendungsspezialist. „Dabei sollte der Werkzeugüberstand immer so gering wie möglich gehalten werden, insbesondere beim Bohren und Innendrehen. Um Vibrationen zu reduzieren sollten stets scharfe Werkzeuge oder Wendeschneidplatten mit einem kleinen Eckenradius zum Einsatz kommen.“
Ferrit- & Martensit-Stahl
Aus Sicht der Bearbeitbarkeit ist nichtrostender Ferrit- und Martensit-Stahl als ISO P: Stahl klassifiziert. Der normale Chromanteil beträgt 12-18 Prozent mit nur kleinen Beifügungen von anderen Legierungselementen. Ferritmaterialien werden für u.a. für Pumpenwellen, Dampf- und Wasserturbinen, Muttern, Schrauben, Warmwasserheizungen und in der Zellstoff- und Nahrungsmittelindustrie eingesetzt. Martensit-Stahl kann gehärtet werden und wird daher auch für Besteckstahl, Rasierklingen und chirurgische Instrumente verwendet. „Die Bearbeitbarkeit von Ferrit- und Martensit-Stahl ist gut und ist ähnlich wie bei niedriglegiertem Stahl.“
Austenit- & Super-Austenit-Stahl
Austenit-Edelstahl ist das am häufigsten verwendete ISO-M-Material und macht 70 Prozent des gesamten bearbeiteten Edelstahls aus. Einer der Hauptgründe für diese Beliebtheit ist die sehr gute Korrosionsbeständigkeit. Die gängigste Zusammensetzung ist 18 Prozent Chrom und 8 Prozent Nickel. Durch die Beifügung von drei Prozent Molybdän wird die Korrosionsbeständigkeit noch weiter erhöht. Dieser Stahl wird häufig als “säurefester Stahl” oder Typ- 316-Stahl bezeichnet. Super-Austenit-Edelstahl hat einen Nickelanteil von mehr als 20 Prozent. Austenit- und Super-Austenit-Stahl wird bei Anwendungen eingesetzt, bei denen es auf gute Korrosionsbeständigkeit ankommt.
Zu den typischen Branchen zählen hier die chemische Industrie sowie die Zellstoff und die Nahrungsmittelindustrie. Diese Stahlsorte wird auch für Abgaskrümmer von Flugzeugen verwendet. „Austenit-Edelstahl produziert harte, lange, kontinuierliche Späne, die nur schwer gebrochen werden können“, nennt Ricky Payling ein Anwendungsproblem. Er neige während der Bearbeitung zur Verfestigung und generiere harte Oberflächen und Späne, was zu Kerbverschleiß führe. Er erzeugt auch Adhäsion und eine Aufbauschneide. Die Folge sind eine schlechte Oberflächenbeschaffenheit und eine geringere Werkzeuglebensdauer.
Die Tipps des Anwendungsexperten: „Möglichst sollten zur Minimierung dieser negativen Effekte keine Werkzeuge mit verschlissenen Kanten verwendet werden, was den Werkzeugverschleiß begünstigt und zu Bruchschäden führt. Zudem ist der Verschleiß regemäßig zu kontrollieren sowie Werkzeuge oder Einsätze turnusmäßig zu wechseln. Außerdem sind während des Bearbeitungsprozesses Haltezeiten oder Pausen zu vermeiden, da dadurch die Wärmeentwicklung und die Verfestigung ansteigen. Werkzeuge mit einem großen Spanwinkel reduzieren die Wärmebildung beim Fräsen und minimieren damit die Verfestigung.“
Duplex-Stahl
Durch die Beifügung von Nickel zu einem ferritischen Chromstahl entsteht eine gemischte Basisstruktur, die sowohl Ferrit als auch Austenit enthält. Das ist der sogenannte Duplex-Stahl. Duplex-Materialien haben eine hohe Zugfestigkeit und sind äußerst korrosionsbeständig. Super-Duplex- und Hyper-Duplex-Stahl haben einen höheren Anteil an Legierungselementen und sind noch korrosionsbeständiger. Duplex-Stahl hat in der Regel einen Chrom-Anteil zwischen 18-24 Prozent und einen Nickel-Anteil zwischen 4-7 Prozent, was ein Ferrit- Anteil von 25-80 Prozent bedeutet. Er kommt in der chemischen Industrie, in der Lebensmittelbranche, in der Bauindustrie, in der Medizin und in der Zellulose- und Papierherstellung sowie in Prozessen, bei denen Säuren oder Chlor verwendet werden, zum Einsatz. Duplex-Stahl wird häufig bei Equipment für Offshore-Öl- und -Gas-Anwendungen eingesetzt. Die Bearbeitbarkeit von Duplex-Stahl ist bedingt durch die große Fließgrenze und die hohe Zugfestigkeit schlecht. Bei einem höheren Ferrit-Anteil – über 60 Prozent - verbessert sich die Bearbeitbarkeit.
Effiziente Tools für Edelstahlbearbeitung
Dormer Pramet verfügt über eine umfangreiche Palette an Schaft- und Wendeschneidplattenwerkzeugen für die Bearbeitung von Edelstahl. Ein Beispiel sind die Vollhartmetallbohrer für Anwendungen bis 8xD. Sie wurden speziell für die Bewältigung von Problemen entwickelt, die in der Regel beim Tiefbohren von Edelstahl auftreten. Als Teil des Produktportfolios von Dormer erweitert der R459-Bohrer die bestehende MP-X-Produktreihe, die bereits 3xD- und 5xDVollhartmetallbohrer für verschiedene Materialien umfasst. Auch bei den Wendeschneidplatten hat sich der Werkzeughersteller den Herausforderungen gestellt.
Ein Beispiel dafür ist das vielseitige Sortiment an OEHT Oktogonal-Schneidplatten für Frästiefen von 4 – 10 mm oder REHT (runden) und XEHT (Wiper-Wendeschneidplatte). „Durch die Verwendung von acht Schneidkanten – die höchstmögliche Anzahl für positive Wendeschneidplatten – stellt das neue Sortiment ein besonders wirtschaftliches Angebot dar, während die Option mit der Wiper-Wendeschneidplatten eine hohe Vorschubrate und verbesserte Oberflächenqualität ermöglicht“, sagt Anwendungsspezialist Ricky Payling.
Mehr Informationen zu Dormer Pramet:
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Dormer Pramet |
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Am Weichselgarten 34 |
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91058 Erlangen |
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Tel.: +49 (0)9131 9330874-0 |
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E-Mail: isabel.hagen@dormerpramet.com |
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E-Mail 2: info.de@dormerpramet.com |
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www.dormerpramet.com |
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