Rostfreier Stahl ist nicht gleich rostfreier Stahl: Je nach Legierung und Gefüge lässt sich das Material in verschiedene Gruppen einteilen. Diese Klassifizierung bestimmt, wie gut sich der Werkstückstoff zerspanen lässt und welches Werkzeug dafür geeignet ist. Entscheidend für die Bearbeitung sind vor allem die Zusammensetzung der Legierung und die Gefügestruktur.
Herausforderungen bei der Zerspanung
Die höchste Hürde stellt die ISO-S-Gruppe dar. Sie umfasst hoch hitzebeständige Superlegierungen sowie Titan und Titanlegierungen, aber auch spezielle Eisenbasis-Legierungen. Diese Werkstoffe sind zwar besonders widerstandsfähig gegen Hitze und Korrosion, erfordern jedoch maximale Präzision bei der Werkzeugauswahl und der Zerspanung.
Ferritische und martensitische rostfreie Stähle lassen sich ähnlich gut bearbeiten wie hochlegierte Stähle, weshalb sie nach ISO 513 in die Gruppe ISO-P eingeordnet werden. Anspruchsvoller sind hingegen austenitische, duplexe und PH-Stähle, die zur ISO-M-Gruppe zählen.
Die besonderen physikalischen und chemischen Eigenschaften austenitischer Edelstähle stellen hohe Anforderungen an Werkzeuge und Prozesse. Vor allem die hohe Festigkeit und die Zähigkeit erschweren die Bearbeitung. Edelstahl besitzt eine enorme Zugfestigkeit, die beim Schneiden große Kräfte erfordert. Das belastet die Schneide stark und führt zu erhöhtem Werkzeugverschleiß.
Hinzu kommt die geringe Wärmeleitfähigkeit. Die bei der Bearbeitung entstehende Hitze wird kaum abgeleitet, sondern konzentriert sich in Werkzeug und Werkstück. Dadurch steigen die Temperaturen an der Schneide, was die Standzeit zusätzlich reduziert. Parallel dazu zeigt Edelstahl eine ausgeprägte Neigung zur Kaltverfestigung: Unter der mechanischen Belastung verhärtet sich das Material während des Bearbeitungsprozesses weiter, was den Schnitt erschwert und die Abnutzung des Werkzeugs beschleunigt.
Eine weitere Herausforderung ist die Bildung von Aufbauschneiden. Sie entstehen, wenn sich Materialpartikel an der Schneide anlagern. Das beeinträchtigt nicht nur die Oberflächenqualität des Werkstücks, sondern erhöht auch den Verschleiß des Werkzeugs. Verstärkt wird diese Herausforderung durch die legierten Elemente wie Chrom und Nickel, die zwar für die ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit des Edelstahls sorgen, den Werkstoff aber zugleich zäher und schwerer zerspanbar machen.
Die Kombi macht’s
„Bei der Konstruktion von Zerspanungswerkzeugen zum Fräsen, Bohren und Drehen spielt die Art des zu bearbeitenden rostfreien Stahls eine zentrale Rolle“, sagt Herbert Volk, Product Manager Milling bei Iscar. „Sie beeinflusst maßgeblich, welche Kombination aus Schneidengeometrie, Schneidstoff und Art der Kühlmittelzufuhr effizient funktioniert.“
Für die Edelstahlbearbeitung empfehlen sich Schneiden aus der TiAlN PVD-beschichteten Feinstkornsorte IC908, dem AlTiCrSiN beschichteten PVD-Schneidstoff IC608 sowie der IC882 aus zähem Substrat mit TiSiN-PVD-Beschichtung und Oberflächenveredelung. „Sie sind für Prozesse mit mittlerer bis hoher Schnittgeschwindigkeit ausgelegt und besonders widerstandsfähig gegen Kerbverschleiß und Aufbauschneidenbildung“, führt Herbert Volk aus. Frederik Schmalbach, Produktmanager Non-Rotating Tools bei Iscar, ergänzt. „Für Stechprozesse in Edelstahl gibt es zudem die Schneidstoffsorten IC1010 und IC1030. Sie sind mit einer AlTiN+TiN-Schicht versehen, die sie noch verschleißfester macht und die Standzeit von Dogrip- und Tanggrip-Systemen deutlich erhöht.“
Um dem hohen Wärmeeintrag Herr zu werden, die Schneiden zu schonen, die Standzeit zu erhöhen und zugleich die Spankontrolle zu verbessern, ist eine effiziente Kühlung notwendig. „Als besonders effektiv hat sich die Hochdruckkühlung mit zielgerichteter Kühlmittelzufuhr direkt in die Schnittzone herausgestellt. Ziel hierbei ist immer, möglichst nah an jeder einzelnen Schneide zu kühlen und so viel Kühlmittel wie möglich mit maximalem Druck sehr schnell in die Schnittzone zu bringen“, sagt Anton Kress, Produktspezialist Fräsen bei Iscar. Dank 3D-Druckverfahren kann Iscar bei seinen Werkzeugen die inneren Kühlmittelkanäle strömungsoptimieren und Kühlmitteldruck, -menge und -effektivität weiter steigern, beispielsweise bei den Plan- und Eckfräsern.
Edelstahl effizient schruppen und schlichten
Plan- und Eckfräser mit strömungsoptimierter, zielgerichteter Kühlung, sogenannte JHP-Werkzeuge gibt es in den Heli2000-, Helialu-, Heli3Mill-, Helido-, Heliquad-, Helitang- und Xquad-Serien. Anwender können mit den Werkzeugen höhere Schnittwerte umsetzen, es werden längere Eingriffszeiten möglich, sie erreichen mehr Prozesssicherheit und steigern die Standzeit, außerdem bilden sich weniger Aufbauschneiden.
Speziell für das effektive Schruppen von Schultern in ISO-S- und ISO-M-Materialien stellt Iscar den neuen tangentialen Wendelschaftfräser Helitang-SM vor. Er wird mit neu entwickelten Wendeschneidplatten bestückt. Die Umfangs-WSP bieten vier, die Stirn-WSP zwei Schneidkanten. Ihr spezieller Spanformer sorgt für eine hervorragende Spankontrolle. Um den Grund von Kavitäten fertig zu bearbeiten, lässt sich der Helitang auch zum Rampen und Bohrzirkularfräsen einsetzen. Seine zielgerichtete Kühlmittelzufuhr bringt das Kühlmittel direkt in die Schnittzone. Für die maximale Effektivität der Wärmeabfuhr besitzt der Fräser austauschbare Kühlmitteldüsen. Damit lässt sich deren Durchmesser an die Pumpleistung der Maschine anpassen. Der Anwender profitiert von einer sehr guten Spanabfuhr, hoher Prozesssicherheit, langen Standzeiten und sehr hoher Schulterqualität.
Die Semistandard-Lösung ist als Aufsteckfräser sowie als Monoblock-Variante im Durchmesser 50 Millimeter mit vier und fünf, sowie in den Durchmessern 63 und 80 Millimeter mit jeweils fünf und sechs effizienten Zähnen erhältlich.
Die Chatterfree-Vollhartmetall-Fräser von Iscar eignen sich für das Schruppen und Schlichten von ISO-M- und ISO-P-Werkstoffen. Die Werkzeuge mit ECY-S5-Geometrie besitzen fünf Schneiden mit variabler Teilung und zusätzlichem Spanraum. Ihre unterschiedlichen Spanwinkel erlauben einen sehr weichen Schnitt, das besondere Design verzögert den Verschleiß und erhöht die Standzeit. Die EC-E4M-CF-Geometrie ist für die mittlere und schnelle Bearbeitung von ISO-S-, -M- und -H-Werkstoffen ausgelegt. Die vierschneidigen 38-Grad-Helix-Schaftfräser mit variabler Teilung und zahlreichen Eckradius-Varianten ermöglichen Schnitttiefen bis 2xD. Ihre geringe Auskragung und das Chatterfree-Design verhindern Rattern oder Vibrationen und ermöglichen top Oberflächengüten.
„Beim Bohren, Stechen und Drehen von Edelstahl stehen Zerspaner vor denselben Herausforderungen wie beim Fräsen“, sagt Herbert Volk. „Auch für diese Prozesse hat Iscar die passenden Werkzeuge im Programm.“
Bohren in alle Tiefen
„Beim Bohren von Edelstahl zählt die richtige Mischung“, sagt Patrick Muller, Product Manager Drilling bei Iscar. „Für überzeugende Ergebnisse ist die Kombination aus guter Kühlung, dem passenden Schneidstoff und der richtigen Schneidengeometrie entscheidend.“
Für Bohrungen mit Durchmessern von fünf bis 32,9 Millimetern und Tiefen bis 12xD in ISO-M- und ISO-S-Werkstoffen ist der Sumocham-Wechselkopfbohrer mit zweischneidigem ICM-Bohrkopf die erste Wahl. Er besitzt einen Spitzenwinkel von 140 Grad, eine Schutzfase an der Schneidkante und besteht aus der verschleißfesten, TiAlN PVD-beschichteten Feinstkornsorte IC908. Interne Kühlmittelkanäle bringen das Kühlmittel direkt in die Schnittzone. Das optimiert die Wärmeabfuhr und Spanevakuierung, sorgt für hohe Oberflächenqualitäten und ermöglicht lange Standzeiten.
Die Art des zu bearbeitenden rostfreien Stahls beeinflusst maßgeblich, welche Kombination aus Schneidengeometrie, Schneidstoff und Art der Kühlmittelzufuhr effizient funktioniert.
„Werden tiefere Bohrungen benötigt, bieten sich die Einlippentieflochbohrer aus der Trideep-Familie an“, sagt Patrick Muller. „Im Standard sind sie in Durchmessern von acht bis 32 Millimetern und Längen bis 25xD verfügbar. Als Sonderwerkzeug sind auch Gesamtlängen von zu 4,5 Metern möglich.“ Die speziell geschliffenen dreischneidigen WSP mit breiter Wiper-Schlichtfase und Spanteiler-Geometrie sorgen für stabile Prozesse, vermeiden Aufbauschneiden und verbessern die Spanabfuhr. Anwender profitieren neben dem ressourcenschonenden und kostensparenden Aufbau von effizienten Prozessen in Edelstählen.
Auch Iscars dreischneidiges Wechselkopfbohr-System Quick3Cham funktioniert tadellos in Edelstahl, etwa der neue F3B-Flachbohrkopf beim Aufbohren auch exzentrisch angebrachter Bohrungen. Die Geometrie der Hauptschneide mit geschliffenem Span-Deflektor erzeugt sehr kleine Spansegmente. Die Nebenschneide mit Wiper sorgt für eine optimale Bohrungsgeometrie und sehr gute Oberflächenqualität.
Drehen und Stechen von Edelstahl
„Beim Drehen in Edelstahl ist die Kühlung einer der entscheidenden Punkte“, sagt Frederik Schmalbach, Produktmanager Non-Rotating Tools bei Iscar. Deshalb laufen beispielsweise bei den Jetrturn-Werkzeughaltern aus Iscars Jetcut-Linie für CNMG-, WNMG- und DNMG-Standard-Wendeschneidplatten die Kühlmittelkanäle schon seit vielen Jahren durch die Spannpratzen. „So klemmen wir nicht nur die Dreh-WSP stabil, sondern transportieren zugleich das Kühlmittel direkt in die Schnittzone“, erklärt der Produktmanager.
Zum wirtschaftlichen Drehen von Edelstahl stellte Iscar im Rahmen seiner Logiquick-Werkzeugkampagne den Ligiq6Turn vor. Die dreieckige, positive WSP mit sechs 55-Grad-Schneiden eignet sich für das (Vor-)Schlichten von ISO-M-Werkstoffen bis zu einer Schnitttiefe von drei Millimetern. Ihr spezielles Design mit optimierten Spanbrechern und stabiler Klemmung erlaubt einen weichen Schnitt, verringert die auftretenden Kräfte, ermöglicht für einen sehr guten Spanbruch und damit für hervorragende Oberflächengüten. Dank robustem TNMG-Plattensitz kann der Anwender die WSP prozesssicher einsetzen. Im Zusammenspiel mit der Kühlung direkt in der Schnittzone verhilft die Stabilität zu langen Standzeiten.
Speziell für die Miniaturbearbeitung hat Iscar die Logiq4Turn-Familie um doppelseitige 80-Grad-WSP in der Größe 06 erweitert. Die Schwalbenschwanzklemmung sorgt für einen stabilen Sitz und ermöglicht zusammen mit der Spanbrechergeometrie weiche Schnitte, sehr gute Spankontrolle und hervorragende Oberflächengüten.
Für eine noch bessere Spankontrolle beim Stechen hat Iscar die möglichen Spanformergeometrien für Dogrip-, Tanggrip- und Pentacut-Schneideinsätze erweitert. Sie können jetzt auch mit T- und NX-Spanformern und dem neuen B-Spanformer versehen werden. Anwender erzielen damit kurze und sauber eingeschnürte Späne. Das verhindert Werkzeugbrüche und erhöht die Oberflächengüten am Bauteil.
Fazit
Rostfreier Stahl ist robust, korrosionsbeständig und anspruchsvoll zu zerspanen. Iscar zeigt, wie es effizient geht: Mit perfekt abgestimmten Schneidstoffen, strömungsoptimierter Hochdruckkühlung und innovativen Werkzeuglösungen fürs Fräsen, Bohren, Drehen und Stechen. Alle Systeme sind auf Prozesssicherheit, Standzeit und Präzision ausgelegt. So läuft auch die Bearbeitung von austenitischen Edelstählen und Superlegierungen produktiv und zuverlässig.
Bilder: Iscar