Hochpräzise Bearbeitung von Werkzeugstahl
Kohlenstoffstahl ist eine Legierung, die hauptsächlich aus Eisen und Kohlenstoff besteht, wobei der Kohlenstoffgehalt normalerweise zwischen 0,04% und 2,5% liegt. Aufgrund dieser Zusammensetzung können wir Kohlenstoffstahl in drei Typen einteilen: Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (in der Regel weniger als 0,3% Kohlenstoff), Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt (etwa 0,3% bis 0,6% Kohlenstoff) und Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt (0,6% bis 2,5% Kohlenstoff).
Eigenschaften von Werkzeugstahl bei der Bearbeitung
Diese Tabelle gibt die Standard-Legierungsanteile wieder, aber der tatsächliche Gehalt kann je nach Hersteller und spezifischer Anwendung variieren.
| Werkzeugstahlsorte | Kohlenstoff (C) | Wolfram (W) | Molybdän (Mo) | Vanadium (V) | Chrom (Cr) | Kobalt (Co) | Mangan (Mn) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| M2 | 0.85% | 6.35% | 5.00% | 1.85% | 4.15% | – | 0.30% |
| M42 | 1.10% | 1.50% | 9.50% | 1.15% | 3.75% | 8.00% | 0.30% |
| D2 | 1.50% | – | 0.60% | 0.90% | 11.50% | – | 0.60% |
| A2 | 1.00% | – | 1.00% | 0.25% | 5.25% | – | 1.00% |
| H13 | 0.40% | – | 1.25% | 1.00% | 5.25% | – | 0.40% |
| H11 | 0.36% | – | 1.50% | 0.60% | 5.00% | – | 0.40% |
Physikalische Eigenschaften von Werkzeugstählen für die CNC-Bearbeitung
Diese Version der Tabelle konzentriert sich auf Eigenschaften, die sich direkt auf die Leistung und Lebensdauer von Werkzeugstählen unter Betriebsbedingungen auswirken, insbesondere bei Hochgeschwindigkeits- oder Hochtemperaturbearbeitung.
| Werkzeugstahlsorte | Härte (HRC) | Zähigkeit (Joule) | Abnutzungswiderstand | Thermische Stabilität | Wärmeleitfähigkeit (W/m-K) |
|---|---|---|---|---|---|
| M2 | 60-65 | Mittel | Hoch | Gut | 25-30 |
| M42 | 65-70 | Hoch | Sehr hoch | Ausgezeichnet | 20-25 |
| D2 | 55-62 | Niedrig | Sehr hoch | Messe | 15-20 |
| A2 | 57-62 | Hoch | Hoch | Gut | 18-22 |
| H13 | 50-55 | Sehr hoch | Hoch | Ausgezeichnet | 24-28 |
| H11 | 50-54 | Sehr hoch | Hoch | Ausgezeichnet | 23-27 |
CNC-Bearbeitung Werkzeugstahlarten und Anwendungen
Bei der CNC-Bearbeitung werden verschiedene Arten von Werkzeugstählen auf der Grundlage ihrer Eigenschaften für die Herstellung verschiedener Komponenten ausgewählt. Im Folgenden werden einige typische Werkzeugstahlsorten und die spezifischen Teile, für die sie verwendet werden, vorgestellt:
Hochgeschwindigkeitsstahl (HSS)
Bohrer und Schaftfräser: Schnellarbeitsstahl wird in großem Umfang zur Herstellung von Bohrern und Schaftfräsern für die CNC-Bearbeitung verwendet. Diese Werkzeuge müssen hohen Temperaturen standhalten und verschleißfest sein - Eigenschaften, die HSS bietet, so dass sie präzise und effiziente Schneidvorgänge durchführen können.
Gewindebohrer und Schneideisen: HSS wird auch zur Herstellung von Gewindebohrern und Schneideisen für das Gewindeschneiden verwendet. Dank seiner Zähigkeit und Härte eignet es sich ideal zum Schneiden von Gewinden in Metalle, ohne schnell an Schärfe zu verlieren.
Matrizenstahl
Werkzeuge für das Spritzgießen: Matrizenstahl wird üblicherweise für die Herstellung hochpräziser Formen für das Spritzgießen verwendet. Aufgrund seiner Verschleißfestigkeit und seiner Fähigkeit, unter hohen Druck- und Temperaturbedingungen formstabil zu bleiben, eignet er sich für die Herstellung komplexer und detaillierter Kunststoffteile.
Stanzwerkzeuge: Stanzwerkzeuge aus Matrizenstahl werden zum Schneiden und Formen von Blechen in bestimmte Formen verwendet. Dank der Haltbarkeit und Festigkeit von Matrizenstahl können diese Matrizen unter hohen Belastungen eingesetzt werden und Teile mit hoher Wiederholgenauigkeit herstellen.
Werkzeugstahl (allgemein)
Zahnradfräser: Werkzeugstähle werden zur Herstellung von Zahnradfräsern verwendet, die hart und verschleißfest sein müssen, um Verzahnungen in Materialien wie Messing und Stahl präzise zu schneiden.
Stempel und Matrizen: Diese Komponenten, die in der Blechindustrie für Stanzvorgänge verwendet werden, profitieren von der hohen Härte und Zähigkeit von Werkzeugstählen, die eine lange Lebensdauer und Präzision in hochvolumigen Fertigungsumgebungen gewährleisten.
Oberflächenbehandlung bei der CNC-Bearbeitung von Kohlenstoffstahl
Oberflächenbehandlungen werden durchgeführt, um die Oberflächenhärte zu erhöhen, die Reibung zu verringern und die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Zu den üblichen Behandlungen gehören:
Nitrieren
Bei diesem Verfahren wird Stickstoff in die Stahloberfläche eingebracht, wodurch sich eine harte, verschleißfeste Schicht bildet. Es ist besonders vorteilhaft für Komponenten wie Zahnräder und Spindeln, die einem hohen Verschleiß ausgesetzt sind.
Aufkohlung
Durch die Zugabe von Kohlenstoff zur Oberfläche erhöht diese Behandlung die Oberflächenhärte und die allgemeine Verschleißfestigkeit erheblich. Sie ist ideal für stark beanspruchte Teile wie Nockenwellen und Kurbelwellen.
Beschichtung (z. B. TiN, TiCN, AlTiN)
Diese Beschichtungen verringern die Reibung erheblich und erhöhen die Härte, was höhere Schnittgeschwindigkeiten und längere Standzeiten ermöglicht. Sie eignen sich hervorragend für Bohrer und Fräser.
Wärmebehandlung
Wärmebehandlungsverfahren wie Härten und Anlassen werden eingesetzt, um das Gefüge von Werkzeugstählen einzustellen und so Zähigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit zu verbessern.
Härten und Anlassen
Bei diesem Verfahren wird der Stahl auf eine hohe Temperatur erhitzt und anschließend schnell abgekühlt (Abschrecken) und wieder erhitzt (Anlassen). Das Ergebnis ist ein Werkzeug, das sowohl hart als auch zäh ist und sich für Schneid- und Umformanwendungen eignet.
Glühen
Dieses Verfahren macht den Stahl weicher, so dass er sich leichter bearbeiten oder umformen lässt. Nach der CNC-Bearbeitung kann ein erneutes Glühen durchgeführt werden, um innere Spannungen abzubauen und die Bearbeitbarkeit zu verbessern.