Effektive CNC-Frässtrategien für verschiedene Werkstoffe: Stahl, Edelstahl, NE-Metalle, gehärteter Stahl

Unterschiedliche Metalle erfordern angepasste Frässtrategien. Überblick über materialgerechte Verfahren & Empfehlungen.

Stahl fräsen

Zerspanbarkeit variiert mit Legierung, Wärmebehandlung, Herstellungsprozess (Schmieden, Gießen). Weicher Baustahl: Hauptproblem Aufbauschneide & Gratbildung. Härterer Stahl: Relative Position Fräser–Werkstück wird kritischer.

Empfehlung:

Fräserposition optimieren → dicke Späne beim Ausfahren vermeiden. Trockenbearbeitung (ohne KSS) bevorzugen, besonders beim Schruppen.

Edelstahl fräsen

Einteilung: Ferritisch/martensitisch, austenitisch, duplex (austenitisch/ferritisch). Jede Gruppe eigene Empfehlungen.

1) Ferritisch/martensitisch

Werkstoffklasse: P5.x. Ferritisch ≈ niedriglegierter Stahl → Stahlempfehlungen anwendbar. Martensitisch: hohe Kaltverfestigung, sehr hohe Schnittkräfte. Korrekter Werkzeugpfad & Bogenfräsen (Arc Milling) für beste Ergebnisse. Höhere Schnittgeschwindigkeit (vc) gegen Kaltverfestigung. Hohe vc, zähe Sorten, verstärkte Schneiden → höhere Prozesssicherheit.

2) Austenitisch & Duplex

Werkstoffklassen: M1.x, M2.x, M3.x. Hauptverschleißkriterien: Schneidenausbruch durch Heißrisse, Ausbruchverschleiß, Aufbauschneide/Anhaften. Bauteilseitig: Gratbildung & Oberflächenqualität.

Schruppen:

• Hohe Schnittgeschwindigkeit (vc = 150–250 m/min) gegen Aufbauschneide
• Trockenbearbeitung (kein KSS) → Heißrisse minimieren

Schlichten:

• Für Oberflächenqualität teils KSS oder besser Ölnebel/Minimalmengenschmierung (MQL). Weniger Heißrisse (geringere Wärmeeinbringung).
• Bei Cermet-Schneidstoffen: gute Oberfläche auch ohne KSS möglich.
• Zu niedriger Vorschub (fz) → Schneide schneidet in verfestigte Zone → stärkerer Verschleiß.

NE-Metalle fräsen (Alu, Mg, Cu, Zn-Legierungen)

Zerspanbarkeit hängt primär von Si-Gehalt ab. Hypoeutektische Al-Si-Legierungen (Si < 13 %) häufigste Gruppe. Klasse: N1.1–3.

Hauptverschleiß: Aufbauschneide/Anhaften → Grate & Oberflächenprobleme. Gute Spanbildung & -abfuhr essenziell gegen Kratzer.

Empfehlungen:

1. PCD-bestückte Wendeschneidplatten mit scharf geschliffenen Schneiden → gute Spanbruch, verhindert Aufbauschneide.
2. Positivgeometrie mit scharfen Schneiden wählen.
3. Anders als bei den meisten Fräsanwendungen: KSS immer bei Alu-Legierungen – verhindert Materialankleben an Schneide, verbessert Oberfläche.
   Si < 8 %: KSS 5 % Konzentration
   Si 8–12 %: KSS 10 %
   Si > 12 %: KSS 15 %
4. Höhere Schnittgeschwindigkeiten verbessern Leistung meist ohne Standzeitverlust.
5. Empfohlenes hex (seitlicher Schnitt?): 0,10–0,20 mm. Zu klein → Gratbildung.
6. Hoher Tischvorschub → Maschine mit „Vorlesefunktion“ (Look-ahead) gegen Maßfehler.
7. Standzeit oft durch Gratbildung/Oberfläche begrenzt, nicht Schneidenverschleiß.

Gehärteter Stahl fräsen (45–65 HRC)

Vergütete/gehärtete Stähle. Typisch: Stanz-/Kunststoff-/Schmiede-/Druckgussformen. Hauptprobleme: Schleifverschleiß/Flankenverschleiß, Werkstückausbrüche.

Empfehlungen:

1. Positivgeometrie mit scharfen Schneiden → geringere Schnittkraft, ruhigerer Schnitt.
2. Trockenbearbeitung, kein KSS.
3. Zykloidenfräsen (Trochoidal Milling): hoher Tischvorschub bei niedriger Schnittkraft → Schneide & Werkstück kühl → Produktivität, Standzeit, Toleranzen profitieren.
4. Plandfräsen: Leichtschnittstrategie – kleines ae & ap gleichzeitig. Ultrafeinzahnfräser + hohe Schnittgeschwindigkeiten.