Die 5 wichtigsten Metalltrennverfahren in der modernen Fertigung

Trennverfahren sind seit jeher ein integraler Bestandteil der Fertigungsindustrie. Was viele nicht wissen: Es gibt unterschiedliche Methoden zum Schneiden von Metall, jede mit eigenen Fähigkeiten, Grenzen und Kosten. Während einige Verfahren bereits auf das mittlere 19. Jahrhundert zurückgehen, sind andere vergleichsweise neu. In diesem Beitrag stellen wir die fünf Verfahren vor, die der Fertigungsindustrie das Schneiden von Metallen ermöglichen.

1. Spanende Fertigung (Chip Forming)

Die spanende Fertigung umfasst mechanische Trennverfahren wie Sägen, Fräsen, Bohren und Drehen. Pionierarbeit leisteten Kivima und Franz in den 1950er Jahren. Das Verfahren wird häufig anhand eines Drei-Wege-Modells beschrieben, das im Werkzeugmaschinenbau weit verbreitet ist. Dabei wird Material schrittweise in Form kleiner Späne vom Werkstück abgetragen. Zu den wichtigsten Operationen zählen:

Fräsen

Rotierende Schneidwerkzeuge entfernen Material.

• Vorteile: Mehrseitenbearbeitung möglich, skalierbar für verschiedene Projektgrößen.
• Nachteile: Hohe Anschaffungskosten, erfordert hochqualifizierte Bediener.

Bohren

Ein rotierender Bohrer trägt Material durch hohe Drehzahlen ab.

• Vorteile: Scharfe Kanten auf der Eintrittsseite.
• Nachteile: Gratbildung, kann Werkstoffspannungen und mechanische Eigenschaften verändern.

Drehen

Ein nicht rotierendes Werkzeug bearbeitet das rotierende Werkstück.

• Vorteile: Manuell oder automatisiert durchführbar, einfache Späneentsorgung.
• Nachteile: Auslenkungen beeinträchtigen häufig Maßhaltigkeit und Oberflächengüte.

2. Scheren (Shearing)

Das Scheren, oft auch als Stanzschneiden bezeichnet, entstand Mitte des 19. Jahrhunderts für die Lederverarbeitung in der Schuhindustrie. Heute wird es für diverse Materialien eingesetzt und schneidet Metall ohne Spanbildung oder Wärmeeinfluss. Ein bewegliches Messer drückt gegen das festliegende Werkstück. Die wichtigsten Operationen:

Lochen (Punching)

Ein Stanzwerkzeug wird durch das Material gepresst, um Löcher zu erzeugen und Überschuss abzutrennen.

• Vorteile: Kosteneffizient für einfache Schnitte, hohe Arbeitsgeschwindigkeit.
• Nachteile: Weniger geeignet für komplexe Konturen, Werkzeugkosten steigen schnell.

Stanzen (Stamping)

Eine Maschine verformt das unerwünschte Material, um verschiedene Formen zu erzeugen.

• Vorteile: Hoher Automatisierungsgrad, reduziert nachgelagerte Kosten.
• Nachteile: Individuelle Stanzwerkzeuge sind teuer, Änderungen während der Produktion nicht möglich.

3. Abtragende Verfahren mit Schleifmitteln (Abrasive Material Removal)

Zu diesen Verfahren zählen Schleifen, Läppen und Wasserstrahlschneiden. Alle entfernen Material durch Erosion. Sie sind schneller als thermische Verfahren wie Erodieren oder Laserschneiden, bieten bessere Kantenqualität und ermöglichen oft Kosteneinsparungen.

Schleifen

Ein Schleifrad dient als Hauptschneidwerkzeug. Es gibt diverse Varianten wie Tiefschleifen, Zyklischschleifen und Planschleifen.

• Vorteile: Hohe Maßgenauigkeit, erzeugte glatte Oberflächen, geringer Anpressdruck nötig.
• Nachteile: Nicht für große Materialabtragsmengen geeignet.

Läppen

Zwei Oberflächen werden mit einem Schleifmittel dazwischen aneinander gerieben – manuell oder maschinell.

• Vorteile: Engste Toleranzen einhaltbar, ideal für extrem ebene Flächen.
• Nachteile: Langsamer Prozess, Kosten können schnell steigen.

Wasserstrahlschneiden

Ein Hochdruckwasserstrahl mit beigemischtem Granat-Schleifmittel durchtrennt unterschiedlichste Materialien.

• Vorteile: Kaltes Schneiden ohne thermische Schäden/Verzug, exzellente Kantenqualität, keine Nachbearbeitung nötig, extrem breites Materialspektrum, engste Toleranzen.
• Nachteile: Mittleres Preisniveau.

4. Thermische Trennverfahren (Heat)

Hierzu gehören Plasmaschneiden und Laserschneiden. Beide nutzen hochenergetisches Licht zum Materialabtrag. Laserschneiden (seit 1960er) und Plasmaschneiden (seit 1957) sind weit verbreitet, erzeugen aber thermische Schäden, Verzug und erfordern Nacharbeit.

Laserschneiden

Ein Laserstrahl verdampft und schneidet Material. Mittlerweile branchenübergreifend im Einsatz.

• Vorteile: Bewältigt komplexe Konturen, hohe Genauigkeit.
• Nachteile: Material- und Dickenbeschränkungen, Kantenbearbeitung nötig, hoher Wärmeeintrag.

Plasmaschneiden

Ein beschleunigter heißer Plasmaschneidet elektrisch leitende Werkstoffe.

• Vorteile: Geringe Kosten, hohe Schnittgeschwindigkeiten, einfache Bedienung.
• Nachteile: Material- und Dickenbeschränkungen, Kantenbearbeitung nötig, hoher Wärmeeintrag.

5. Elektrochemische Verfahren (Electrochemical)

Dazu zählen Erodieren (EDM), Ätzen und Elektrochemisches Bearbeiten (ECM). Der Schnitt erfolgt durch elektrische und chemische Reaktionen.

Funkenerodieren (EDM)

Ein elektrischer Funke (Lichtbogen) erzeugt den Schnitt. Auch als Funkenerodieren, Drahterodieren oder „Wire Burning“ bekannt.

• Vorteile: Engste Toleranzen, hervorragend für ebene Flächen.
• Nachteile: Hoher Wärmeeintrag, thermische Beeinflussung, Nachbearbeitung oft erforderlich.

Angesichts der Vielzahl an Verfahren und Operationen verfügen Hersteller heute über ein breites Spektrum an Möglichkeiten. Es gibt keine Universallösung – die Wahl hängt von einer gründlichen Projektanalyse ab.

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