Drehteilefertigung aus Stahl: Leitfaden zu Werkstoffsorten, Zerspanbarkeit und kritischen Punkten
Das Wichtigste in Kürze:
- Die Drehteilefertigung produziert Drehteile in Großserie mit hoher Maßgenauigkeit.
- Automatenstähle (11SMn30, 11SMnPb37…) sind für hohe Taktraten optimiert.
- Austenitische Edelstähle (303, 304, 316L) erfordern spezifische Schnittbedingungen.
- Legierte Stähle (42CrMo4, 16MnCr5) werden vor der Wärmebehandlung bearbeitet, unter Berücksichtigung der Toleranzen.
- Stangendurchmesser (Ø 3–65 mm) oder Rohling (bis Ø 150 mm): Das Format bestimmt das Verfahren.
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Die Drehteilefertigung aus Stahl, also die spanende Bearbeitung von Stahl durch Materialabtrag auf CNC-Drehmaschinen, ermöglicht die Fertigung von Drehteilen in Großserie mit hoher Maßgenauigkeit: Schrauben, Achsen, Buchsen, Anschlussstücke, Einlegeteile, Steckverbinder.
Doch nicht alle Stähle verhalten sich bei diesem Verfahren gleich. Zwischen einem Automatenstahl für hohe Taktraten und einem legierten Stahl, der anschließend wärmebehandelt wird, unterscheiden sich die Anforderungen an Bearbeitung, Schmierung und Maßprüfung grundlegend. Dieser Artikel stellt die wichtigsten in der Drehteilefertigung bearbeiteten Stahlfamilien vor, ihre Besonderheiten sowie die technischen Parameter, die beherrscht werden müssen, um konforme und reproduzierbare Teile zu gewährleisten.
Drehteilefertigung aus Stahl: Grundlagen und Anwendungen
Die Drehteilefertigung aus Stahl bezeichnet die spanende Bearbeitung von Stahl durch Materialabtrag auf CNC-Drehmaschinen. Dieses Verfahren ermöglicht die Fertigung von Drehteilen in Großserie – Schrauben, Achsen, Buchsen, Anschlussstücke, Einlegeteile, Steckverbinder – mit hoher Maßgenauigkeit und einer für industrielle Stückzahlen geeigneten Wiederholgenauigkeit. Die Prozessbeherrschung beruht auf dem Zusammenspiel von gewählter Werkstoffsorte, Schnittparametern und eingesetzten Anlagen: Erst diese Kombination garantiert die Konformität der Teile und die Produktivität der Serie.
Die wichtigsten in der Drehteilefertigung bearbeiteten Stahlfamilien
Automatenstähle (oder Schwefelstähle)
Automatenstähle sind für die Bearbeitung mit hoher Taktrate ausgelegt und enthalten Schwefel sowie, je nach Werkstoffsorte, Blei, Bismut oder Tellur. Der Schwefel bildet Mangansulfid-Ausscheidungen, die das Brechen des Spans fördern und Fließspäne verhindern. Blei mit seinem niedrigen Schmelzpunkt erzeugt eine Schmierschicht, die die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück verringert und die Standzeit der Werkzeuge verlängert.
Gut zu wissen: Blei (Pb) in Automatenstählen wird aus umwelt- und regulatorischen Gründen (REACH-Verordnung) zunehmend durch Bismut (Bi) oder Tellur (Te) ersetzt. Die sogenannten „bleifreien“ Werkstoffsorten bieten eine vergleichbare Zerspanbarkeit.
Diese Stähle eignen sich für Teile der Verbindungstechnik, Armaturen, Schrauben und Messtechnik, bei denen hohe Maßanforderungen, aber moderate mechanische Belastungen bestehen. Sie werden als gezogene oder gewalzte Stangen geliefert – ein ideales Format für die kontinuierliche Zuführung an Drehautomaten.
Austenitische Edelstähle
Unverzichtbar, sobald Teile korrosionsbeständig sein oder Hygieneanforderungen erfüllen müssen, zeigen Edelstähle (303, 304, 316L) ein anspruchsvolleres Zerspanungsverhalten. Austenitischer Edelstahl neigt dazu, an den Schneidkanten anzukleben und lange, schwer abführbare Späne zu bilden.
Ihre Beherrschung erfordert angepasste Schnittbedingungen: Werkzeuge mit positiver Geometrie, wirksame Schmierung, optimierte Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe. Die geschwefelte Sorte 303 bietet eine deutlich bessere Zerspanbarkeit als 304 oder 316L: Sie ist in der Drehteilefertigung die bevorzugte Wahl, wenn die chemische Beständigkeit nicht kritisch ist.
Stähle für die Wärmebehandlung (legierte Stähle und Einsatzstähle)
Für Anwendungen, die eine hohe mechanische Festigkeit oder eine große Oberflächenhärte erfordern, kommen legierte Stähle wie 42CrMo4, 16MnCr5 oder 100Cr6 (Wälzlagerstahl) zum Einsatz. Diese Werkstoffe werden in der Regel im geglühten oder normalisierten Zustand bearbeitet und anschließend einer Wärmebehandlung (Härten, Anlassen, Einsatzhärten, Nitrieren) unterzogen, um ihre endgültigen Eigenschaften zu erreichen.
Die Drehteilefertigung dieser Stähle erfordert besondere Aufmerksamkeit bei den Toleranzen, da Wärmebehandlungen Maßänderungen verursachen. Die Festlegung eventueller Schleifaufmaße und die Beherrschung der Maße vor der Behandlung gehören fest zum Know-how des Automatendrehers.
Die Frage des Durchmessers und der Lieferform
Die Lieferform des Stahls bestimmt unmittelbar die Fertigungsweise und die eingesetzten Anlagen.
- Stangen (Ø 3 bis 65 mm): Sie werden kontinuierlich Drehautomaten mit feststehendem oder beweglichem Spindelstock zugeführt und ermöglichen eine unterbrechungsfreie Großserienfertigung. Der Stangendurchmesser bestimmt direkt den maximalen Durchmesser des Rohteils und den eingesetzten Maschinentyp.
- Rohlinge (bis Ø 150 mm): Als auf Länge gesägte Stangenabschnitte ermöglichen sie die Bearbeitung von Teilen mit größerem Durchmesser oder größerer Länge auf CNC-Drehmaschinen. Der Bediener lädt die Rohlinge manuell oder über ein Magazin. Dieser Ansatz wird für Teile mit großem Querschnitt, Prototypen und mittlere Serien bevorzugt.
Die wichtigsten Parameter bei der Stahlbearbeitung in der Drehteilefertigung
Unabhängig von der bearbeiteten Stahlsorte sind mehrere technische Parameter entscheidend, um konforme Teile und eine optimale Produktivität zu erzielen:
- Schnittgeschwindigkeit und Vorschub: Sie müssen an die Werkstoffsorte und die angestrebte Oberflächengüte angepasst werden. Ein Automatenstahl wie 11SMn30 verträgt Schnittgeschwindigkeiten von etwa 200 bis 300 m/min, während bei einem austenitischen Edelstahl auf 80–120 m/min reduziert werden muss, um vorzeitigen Werkzeugverschleiß zu vermeiden. Der Vorschub bestimmt zusammen mit der Geschwindigkeit direkt die Oberflächengüte und die Standzeit der Schneidkanten.
- Die Geometrie der Schneidwerkzeuge: Jede Stahlfamilie erfordert eine spezifische Werkzeuggeometrie. Automatenstähle tolerieren neutrale oder leicht positive Geometrien. Austenitische Edelstähle erfordern ausgeprägt positive Spanwinkel, um Kaltverfestigung an der Oberfläche und Aufbauschneiden zu vermeiden. Harte legierte Stähle benötigen geeignete Beschichtungen, um den hohen Temperaturen beim Schneiden standzuhalten.
- Schmierung und Kühlung: Die Schmierung erfüllt zwei Funktionen: die beim Schneiden entstehende Wärme abzuführen und die Spanabfuhr zu erleichtern. Bei Automatenstählen genügt in der Regel eine Standardschmierung. Bei austenitischen Edelstählen ist eine Hochdruckschmierung (in manchen Konfigurationen bis 80 bar) erforderlich, um den Langspan zu brechen und ein erneutes Anhaften am Werkzeug zu verhindern.
- Maßprüfung während der Produktion: Stähle dehnen sich je nach Zusammensetzung und Wärmeleitfähigkeit unterschiedlich aus. Ein Temperaturunterschied von 10 °C in der Produktion kann bei einem Edelstahlteil Maßabweichungen von einigen Mikrometern verursachen – genug, um eine enge Toleranz zu überschreiten. Eine regelmäßige Überwachung der Maße ist unerlässlich, um die Konformität über die gesamte Serie zu gewährleisten.
Die Expertise von JACQUEMOUX DÉCOLLETAGE: vom Werkstoff bis zum gelieferten Teil
Stahl in der Drehteilefertigung zu bearbeiten bedeutet weit mehr, als eine Drehmaschine zu programmieren. Es ist eine Kompetenzkette, die von der Wahl der Werkstoffsorte bis zur messtechnischen Freigabe des Fertigteils reicht – über die Erstellung der Arbeitspläne, das Einrichten der Werkzeugausstattung und das Management von Abweichungen.
JACQUEMOUX DÉCOLLETAGE wird bereits in der Angebotsphase tätig, um die Wahl der Werkstoffsorte entsprechend den funktionalen Anforderungen und den Produktionsmengen zu unterstützen – auch dann, wenn eine Werkstoffoptimierung die Zerspanbarkeit verbessert, ohne die mechanischen Eigenschaften des Teils zu beeinträchtigen.
Mit einer Kapazität von Ø 3 mm bei Stangen bis Ø 150 mm bei Rohlingen deckt der Maschinenpark ein besonders breites Spektrum ab: Mikrokomponenten für die Verbindungstechnik ebenso wie massive Strukturteile werden an ein und demselben Standort gefertigt, ohne Fremdvergabe.
Jede Serie wird nach einem festgelegten Prüfplan kontrolliert, mit vollständiger Rückverfolgbarkeit der Werkstoffe und Prüfungen vom Stahleingang bis zur Auslieferung. Die Messmittel sind auf die geforderten Toleranzen abgestimmt, sei es bei Inline-Prüfungen oder bei Offline-Stichproben.
