Stahlbearbeitung - was ist das und wozu braucht man sie?

Die Stahlbearbeitung ist eine Reihe von Prozessen, die darauf abzielen, aus einem Legierungsblock ein Objekt mit den erwarteten Abmessungen und Merkmalen zu formen. 

Derzeit werden vor allem das Schneiden, Drehen, Schleifen und die CNC-Bearbeitung von Stahl (d.h. mit numerisch gesteuerten Geräten) eingesetzt, um Stahl zu gestalten. 

Diese Methoden unterscheiden sich im Hinblick auf ihren technologischen Prozess, ihre Möglichkeiten und ihre Beschränkungen, aber sie ermöglichen es, Stahlkomponenten mit bestimmten Abmessungen und Parametern zu erhalten. 

Wenn wir von " Stahlbearbeitung " sprechen, sprechen wir meistens von rostfreiem Stahl (die beliebteste Legierung). Die Umformung anderer Arten (Struktur-, Werkzeug-, Spezialstahl) ist ebenfalls möglich und der technologische Prozess selbst ist ähnlich.

Aufteilung der Stahlbearbeitungstypen

Wie bei anderen Formen der Metallbearbeitung werden auch die Methoden der Stahlbearbeitung unterteilt in: 

• Zerspanung (d.h. das Entfernen von überschüssigem Material, um ein Objekt in der gewünschten Form herzustellen; dies kann Schleifen, Drehen, Fräsen und CNC-Bearbeitung sein), 
• Umformung (d.h. die Formgebung von Stahlobjekten durch Anwendung von Druck und Ausnutzung der natürlichen Elastizität der Legierungen, auch bei hohen Temperaturen; dies kann das Stanzen, Biegen, Schmieden oder Ziehen sein), 
• die Wärmebearbeitung (d.h. dem Stahl durch Erhitzung und Abkühlung die erwarteten Merkmale zu verleihen; dabei kann es sich um elementare Sättigung, Abschrecken oder Glühen handeln).

Wie auch bei der Bearbeitung anderer Materialien (Metalle, Kunststoffe) benötigen Blöcke aus verschiedenen Legierungen unterschiedliche Bearbeitungsarten. Für jede Legierung ist eine etwas andere Methode der Umformung erforderlich, und folglich kann die Bearbeitung von rostfreiem Stahl ein anderes Umformverfahren erfordern als eine andere Stahlsorte. 

Um hochwertige Komponenten zu erhalten, die durch die Spanbearbeitung von Stahl hergestellt werden, ist es notwendig, das entsprechende Prozessverfahren an die jeweilige Spezifikation der Komponente anzupassen. Um eine bessere Vorstellung von den Formen der Stahlbearbeitung zu bekommen, ist es notwendig, sich die am häufigsten verwendeten Prozesse anzuschauen.

Spanbearbeitung von Stahl (Fräsen, Drehen, Schleifen)

Die Stahlbearbeitung ist eine weit verbreitete Form der Bearbeitung, die darauf abzielt, einen Legierungsblock so zu formen, dass er den Anforderungen entspricht. 

Es handelt sich um eine abtragende Bearbeitung, die auf der Entfernung von überschüssigem Material basiert - der Stahlblock, der dieser Bearbeitung unterzogen wird, ist in der Regel leichter, wenn die Arbeit beendet ist. 

Bemerkenswert ist, dass für die Bearbeitung hochwertige Messer benötigt werden, die beispielsweise mit gesintertem Karbid beschichtet sind und einen effektiven Abtrag von überschüssigem Material mit hoher Härte ermöglichen. 

Der Maschinenpark für die Stahlbearbeitung umfasst in der Regel:

• Drehbänke, d.h. Werkzeuge zum Abtragen von überschüssigem Metall mit speziellen Drehmessern, wobei der Block selbst auf einem rotierenden Kopf angebracht ist. Das Drehen von Edelstahl ist eine verbreitete Methode zur Bearbeitung zylindrischer Objekte (z.B. Stahlbuchsen), 
• Fräsmaschinen, d.h. Werkzeuge, die überschüssiges Metall mit einer Spindel abtragen, in die ein spezieller Stahlfräser eingesetzt ist. Sie ermöglichen das Schneiden von Stahlteilen in fast jeder Form. Das macht sie nützlich für die Herstellung von Teilen für viele Industrien, 
• Schleifer, d.h. Werkzeuge zur Endbearbeitung halbfertiger Werkstücke, die die zu bearbeitende Oberfläche glätten. Das Schleifen selbst ist in der Regel der letzte oder vorletzte Schritt bei der Herstellung eines Bauteils (es kann eine thermische, thermochemische oder chemische Behandlung folgen).
  
  

CNC-Stahlbearbeitung

Die CNC-Stahlbearbeitung ist eine Entwicklung anderer Methoden, aber der gesamte Prozess findet mit speziellen Werkzeugen (in der Regel Schneidwerkzeugen) statt, die numerisch gesteuert werden. 

Die CNC-Stahlbearbeitung ähnelt der konventionellen Bearbeitung, aber sie verwendet keine Schablonen oder manuelle Führung des Spindelkopfes (oder des Drehmessers), sondern wird von einem Computer gesteuert. 

Daher der Name CNC, oder Computerisierte Numerische Steuerung. 

Die CNC-Maschine ermöglicht also die Herstellung von Objekten in fast jeder Form, vor allem aber die Automatisierung des Prozesses. 

Durch das Schneiden von Stahl mit CNC-Maschinen können also mehr Objekte gleichzeitig hergestellt werden, auch wenn sich die Verbesserung der Bearbeitung erst bei der Herstellung von mehr als 100 Teilen bemerkbar macht (die Programmierung der Maschine braucht Zeit). 

Wie bei der spanenden Bearbeitung sind auch bei der CNC-Bearbeitung von rostfreiem Stahl mit harten und verschleißfesten Karbiden (meist Titan) beschichtete Klingen im Schneidwerkzeug erforderlich.

Stahlumformung (Biegen, Schmieden, Stanzen)

Die Bearbeitung von Stahl durch plastische Methoden wird üblicherweise verwendet, um die Form von Stahlobjekten (Rohre, Platten, Bleche) zu verändern. Es handelt sich um eine verlustlose Bearbeitung, d.h. das Stahlteil, das ihr unterzogen wird, unterscheidet sich anschließend nicht im Gewicht.

Die Stahlumformung umfasst: 

• das Schmieden, d.h. die Anwendung hoher Kraft (Spitze; Hammer oder Presse) auf ein Bauteil, um dessen kristalline Struktur umzuordnen. Die geschmiedeten Stahlteile haben eine hohe mechanische Festigkeit, sind jedoch spröder, 
• Stanzen, d.h. die Abflachung eines Stahlteils, in der Regel mit Hilfe einer (hydraulischen oder mechanischen) Presse. Dies ist eine gängige Form der Bearbeitung bei der Blechverarbeitung, 
• Biegen, d.h. das Verändern der Form eines Stahlteils durch eine große Kraft. Es ist die einfachste (technische) Form der Bearbeitung von Stahl und erfordert nur eine ausreichende Kraftanwendung. Das Biegen ist ein wesentlicher Bestandteil des Herstellungsprozesses von Teilen für rohrförmige Strukturen

Jede Form der Stahlumformung kann kalt und warm durchgeführt werden: 

• Die Warmumformung von Stahl bietet eine bessere Formbarkeit, aber eine etwas schlechtere Biegefestigkeit des fertigen Teils. 
• Die Kaltumformung von Stahl bietet eine geringere Formbarkeit und eine höhere Biegefestigkeit, aber eine viel höhere Sprödigkeit.

Wärmebehandlung von Stahl (Härten, elementare Imprägnierung)

Wärmebehandlung von Stahl (Härten, Sättigung) Bei der Wärmebehandlung von Stahl geht es vor allem darum, dem Bauteil die erwarteten Merkmale zu verleihen. 

Sie ermöglicht es, die Oberfläche zu verändern (z.B. durch Sättigung mit Elementen - wie bei der Verzinkung oder Verchromung von Stahl) sowie die gesamte Struktur des Objekts zu stärken (Härten, Glühen, Spannungsarmglühen).

Es handelt sich in der Regel um die letzte Stufe der Stahlbearbeitung, da das Bauteil danach die erwarteten Merkmale aufweist und seine Oberfläche nicht mehr behandelt werden sollte (z.B. durch Schleifen).

Bearbeitung verschiedener Stahlsorten

Es gibt viele in der Industrie verwendete Stahlsorten, die leicht unterschiedliche Merkmale aufweisen und in verschiedenen Branchen verwendet werden. Es lohnt sich hinzuzufügen, dass sich der Ausdruck 'Stahlsorte' auf breitere Kategorien bezieht, innerhalb derer sich die Legierungen in ihrer Zusammensetzung leicht unterscheiden können. 

Es gibt viele Stahlsorten, aber die aus Sicht dieses Artikels wichtigste ist die Unterteilung nach Verwendungszwecken, nämlich:

• Baustahl (für den Bau von Stahlkonstruktionen, z.B. niedrig legierter Stahl, Lagerstahl, Federstahl), 
• Werkzeugstahl (für die Herstellung von Werkzeugen, z.B. Kohlenstoff- oder Hochgeschwindigkeitsstahl), 
• Spezialstähle (säurebeständige, magnetische oder nicht zuletzt rostfreie Stähle, die am häufigsten für verschiedene Arten der Bearbeitung verwendet werden). 

Die häufigsten Arten von Edelstahllegierungen sind: 

• austenitische rostfreie Stähle - das sind mehr als 70% der Produktion von korrosionsbeständigem Stahl. Diese Art von Legierung wird am häufigsten mit 'rostfrei' in Verbindung gebracht (man spricht auch von 18-10-Stahl, was auf den Gehalt an Chrom bzw. Nickel in der Legierung mit Eisen zurückzuführen ist). Er zeichnet sich durch seine hohe Festigkeit nach der Kaltverformung sowie seine Anfälligkeit für Schmiedearbeiten aus. Er erfordert jedoch besonders starke Schneidwerkzeuge - die Bearbeitung mit Fräsern oder Drehmessern minderer Qualität führt zu deren schneller Abnutzung und damit zu einer geringeren Bearbeitungsgenauigkeit, 
• ferritische rostfreie Stähle - sie zeichnen sich durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit aus, haben aber eine viel geringere Festigkeit als 18-10. Bei der Bearbeitung (insbesondere beim Zerspanen) erfordern sie eine effektive Spanabfuhr, da das abgetragene Material lange Späne bildet, die sich in den Fräsern verfangen oder die Schneidemaschine blockieren können, 
• ferritisch-austenitische rostfreie Stähle - manchmal auch als 'Duplex-Stähle' bezeichnet, die sich durch höhere Festigkeiten als die anderen Stahlsorten auszeichnen, aber gleichzeitig viel schwieriger zu bearbeiten sind.

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