Stahldrehen: Ein Leitfaden zu Güteklassen, Bearbeitbarkeit und zu beachtenden Punkten
Woran Sie sich erinnern müssen:
- Durch Drehen lassen sich große Serien von Rotationsteilen mit hoher Maßgenauigkeit herstellen.
- Automatisierungsstähle (11SMn30, 11SMnPb37…) sind für hohe Produktionsraten optimiert.
- Austenitische Edelstähle (303, 304, 316L) erfordern spezielle Schnittbedingungen.
- Die legierten Stähle (42CrMo4, 16MnCr5) werden vor der Wärmebehandlung unter Einhaltung der Toleranzvorgaben bearbeitet.
- Stangendurchmesser (Ø 3–65 mm) oder Knüppel (bis zu Ø 150 mm): Das Format bestimmt das Verfahren.
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Das Stahldrehen, also die Bearbeitung von Stahl durch Materialabtrag auf numerisch gesteuerten Drehmaschinen, ermöglicht die Herstellung von Rotationsteilen in großen Serien mit hoher Maßgenauigkeit: Schrauben, Wellen, Ringe, Armaturen, Einsätze, Verbindungsstücke.
Allerdings verhalten sich nicht alle Stähle in diesem Prozess gleich. Zwischen einem für hohe Produktionsraten ausgelegten, schnellstmöglich zu bearbeitenden Stahl und einem für die Wärmebehandlung vorgesehenen legierten Stahl unterscheiden sich die Anforderungen an Bearbeitung, Schmierung und Maßhaltigkeit grundlegend. Dieser Artikel stellt die wichtigsten Stahlsorten für das Stangendrehen, ihre spezifischen Eigenschaften und die technischen Parameter vor, die für die Herstellung von formgerechten und wiederholgenauen Teilen beherrscht werden müssen.
Stahlbearbeitung: Grundlagen und Anwendungen
Das Stahldrehen bezeichnet die Bearbeitung von Stahl durch Materialabtrag auf CNC-Drehmaschinen. Dieses Verfahren ermöglicht die Serienfertigung von Drehteilen wie Schrauben, Wellen, Buchsen, Fittings, Einsätzen und Verbindungsstücken mit hoher Maßgenauigkeit und Wiederholgenauigkeit, die für industrielle Stückzahlen geeignet sind. Die Beherrschung des Prozesses beruht auf der optimalen Kombination aus Stahlsorte, Schnittparametern und Maschinenausstattung: Diese Kombination gewährleistet die Formgenauigkeit der Teile und eine hohe Produktionsproduktivität.
Die wichtigsten Stahlsorten, die durch Schraubenbearbeitung bearbeitet werden
Automatisierungsstähle (oder Schwefelstähle)
Für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung konzipierte Automatenstähle enthalten Schwefel und je nach Sorte Blei, Wismut oder Tellur. Schwefel bildet Mangansulfid-Ausscheidungen, die die Spanfragmentierung fördern und Faserbildung verhindern. Blei erzeugt aufgrund seines niedrigen Schmelzpunktes eine Schmierschicht, die die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück reduziert und die Werkzeugstandzeit verlängert.
Wissen : Blei (Pb) in Automatisierungsstählen wird aus Umwelt- und Regulierungsgründen (REACH-Verordnung) schrittweise durch Bismut (Bi) oder Tellur (Te) ersetzt. Sogenannte „bleifreie“ Sorten bieten vergleichbare Bearbeitbarkeit.
Diese Stähle eignen sich für Verbindungsstücke, Ventile, Schrauben und Instrumente, bei denen hohe Maßanforderungen, aber moderate mechanische Beanspruchungen bestehen. Sie werden als gezogene oder gewalzte Stangen geliefert – ein ideales Format für die kontinuierliche Zuführung in automatischen Drehmaschinen.
Austenitische Edelstähle
Edelstahl (303, 304, 316L) ist überall dort unverzichtbar, wo Bauteile korrosionsbeständig sein oder Hygieneanforderungen erfüllen müssen, stellt jedoch höhere Anforderungen an die Bearbeitung. Austenitischer Edelstahl neigt dazu, an den Schneidkanten zu haften und lange, schwer zu entfernende Späne zu erzeugen.
Die Beherrschung dieser Prozesse erfordert spezifische Schnittbedingungen: Werkzeuge mit positiver Geometrie, effiziente Schmierung sowie optimierte Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe. Die Güteklasse 303 mit Schwefelzusatz bietet im Vergleich zu 304 oder 316L eine deutlich verbesserte Zerspanbarkeit und ist daher die bevorzugte Wahl für das Stangendrehen, wenn die chemische Beständigkeit keine entscheidende Rolle spielt.
Wärmebehandelte Stähle (legierte und einsatzgehärtete Stähle)
Für Anwendungen, die eine hohe mechanische Festigkeit oder eine signifikante Oberflächenhärte erfordern, werden legierte Stähle wie 42CrMo4, 16MnCr5 oder 100Cr6 (Wälzlagerstahl) eingesetzt. Diese Werkstoffe werden in der Regel im geglühten oder normalisierten Zustand bearbeitet und anschließend einer Wärmebehandlung (Abschrecken, Anlassen, Einsatzhärten, Nitrieren) unterzogen, um ihre endgültigen Eigenschaften zu erzielen.
Die Bearbeitung dieser Stähle erfordert besondere Aufmerksamkeit hinsichtlich der Toleranzen, da Wärmebehandlungen Maßabweichungen hervorrufen. Das Festlegen notwendiger Schleifzugaben und die Kontrolle der Maße vor der Behandlung gehören zum festen Bestandteil des Fachwissens des Zerspanungsmechanikers.
Die Frage des Durchmessers und der Zufuhrmethode
Die Art und Weise, in der der Stahl geliefert wird, beeinflusst direkt das Produktionsverfahren und die eingesetzten Anlagen.
- Die Bars (Ø 3 bis 65 mm): Sie werden auf automatischen Drehmaschinen mit festem oder verschiebbarem Spindelstock kontinuierlich zugeführt und ermöglichen so eine unterbrechungsfreie Serienfertigung. Der Stangendurchmesser bestimmt direkt den maximalen Werkstückdurchmesser und den verwendeten Drehmaschinentyp.
- Die Handlungsstränge (bis Ø 150 mm): Hierbei handelt es sich um auf Länge zugeschnittene Stangenabschnitte, die die Bearbeitung von Teilen mit größerem Durchmesser oder größerer Länge auf CNC-Drehmaschinen ermöglichen. Der Bediener legt die Rohlinge manuell oder über ein Magazin ein. Dieses Verfahren eignet sich besonders für Teile mit großem Querschnitt, Prototypen und mittlere Serien.
Schlüsselparameter für die Bearbeitung von Stahl beim Stangendrehen
Unabhängig von der Stahlsorte, die verarbeitet wird, sind mehrere technische Parameter entscheidend für die Herstellung konformer Teile und eine optimale Produktivität:
- Schnittgeschwindigkeit und Vorschub Sie müssen an die Werkstoffgüte und die gewünschte Oberflächengüte angepasst werden. Ein Hochleistungsstahl wie 11SMn30 verträgt Schnittgeschwindigkeiten von etwa 200 bis 300 m/min, während ein austenitischer Edelstahl eine Geschwindigkeit von 80 bis 120 m/min erfordert, um vorzeitigen Werkzeugverschleiß zu vermeiden. Die Vorschubgeschwindigkeit bestimmt in Kombination mit der Schnittgeschwindigkeit direkt die Oberflächengüte und die Werkzeugstandzeit.
- Die Geometrie von Schneidwerkzeugen Jede Stahlsorte erfordert eine spezifische Werkzeuggeometrie. Automatisierte Stähle tolerieren neutrale oder leicht positive Geometrien. Austenitische Edelstähle benötigen ausgeprägte positive Schnittwinkel, um Oberflächenverfestigung und Kantenverklebung zu verhindern. Hartlegierte Stähle benötigen spezielle Beschichtungen, um den beim Schneiden entstehenden hohen Temperaturen standzuhalten.
- Schmierung und Kühlung Die Schmierung erfüllt zwei unterschiedliche Funktionen: Sie leitet die beim Zerspanen entstehende Wärme ab und erleichtert den Spanabtransport. Bei automatisierten Stählen ist eine Standardschmierung in der Regel ausreichend. Bei austenitischen Edelstählen ist eine Hochdruckschmierung (bis zu 80 bar in manchen Ausführungen) erforderlich, um lange Späne aufzubrechen und Spanbildung am Werkzeug zu verhindern.
- Maßkontrolle während der Produktion Stähle dehnen sich je nach Zusammensetzung und Wärmeleitfähigkeit unterschiedlich aus. Eine Temperaturdifferenz von 10 °C während der Produktion kann bei einem Edelstahlbauteil Maßabweichungen von wenigen Mikrometern hervorrufen, die ausreichen, um enge Toleranzen zu überschreiten. Regelmäßige Maßkontrollen sind daher unerlässlich, um die Konformität über die gesamte Produktionsreihe hinweg zu gewährleisten.
Die Expertise von Jacquemoux Décolletage: vom Rohmaterial bis zum fertigen Teil
Die Bearbeitung von Stahl beim Stangendrehen ist nicht einfach nur eine Frage der Programmierung einer Drehmaschine. Es handelt sich um eine Kette von Fertigkeiten, die von der Auswahl der Stahlsorte bis zur messtechnischen Prüfung des fertigen Teils reicht, einschließlich der Definition von Bearbeitungsbereichen, der Einrichtung der Werkzeuge und des Umgangs mit Abweichungen.
Jacquemoux Décolletage greift bereits in der Beratungsphase ein, um die Wahl der Werkstoffsorte unter Berücksichtigung funktionaler Einschränkungen und Produktionsvolumina zu steuern, insbesondere dann, wenn eine Materialoptimierung die Bearbeitbarkeit verbessert, ohne die mechanischen Eigenschaften des Bauteils zu beeinträchtigen.
Mit einer Kapazität von Ø 3 mm bei Stangenmaterial bis Ø 150 mm bei Knüppelmaterial deckt der Maschinenpark ein besonders breites Spektrum ab: Mikroverbinderkomponenten werden ebenso wie massive Strukturteile an einem einzigen Standort gefertigt, ohne auf Fremdvergabe zurückzugreifen.
Jede Charge wird gemäß einem festgelegten Überwachungsplan geprüft, wobei die Rückverfolgbarkeit der Materialien und Kontrollen vom Stahleingang bis zur Auslieferung vollständig gewährleistet ist. Die Messgeräte sind an die erforderlichen Toleranzen angepasst, sowohl für Online-Prüfungen als auch für Offline-Probenahmen.
