CNC-Bearbeitung von Stahl

Produktübersicht

Die CNC-Bearbeitung von Stahl bei Leading Top Union liefert Präzisionskomponenten aus einem umfassenden Sortiment an Kohlenstoff-, Legierungs- und Werkzeugstahlsorten, darunter A36, 1018, 1045, 4140, 4340, 8620, D2, H13 und P20. Das Werk in Suzhou verfügt über 3-Achs-, 4-Achs- und 5-Achs-CNC-Fräszentren sowie Drehzentren mit einer Positioniergenauigkeit von ±0,005 mm und einer Wiederholgenauigkeit von ±0,002 mm. Es werden Teile mit einer Länge von bis zu 2000 mm und einem Durchmesser von bis zu 800 mm bearbeitet, wobei die Toleranzen gemäß ISO 2768-f oder nach Kundenspezifikationen noch enger eingehalten werden. Alle Rohstoffe werden mit vollständigen Werkszeugnissen (DE 10204 Typ 3.1 oder 3.2) bezogen, wodurch eine lückenlose Rückverfolgbarkeit vom Schmelzgut bis zum fertigen Bauteil gewährleistet ist.

Ein verfahrenstechnisches Team entwickelt für jede Stahlsorte optimierte Schnittparameter, um eine ausgewogene Balance zwischen Standzeit, Oberflächengüte und Zykluszeit zu erreichen. Beispielsweise werden bei der Bearbeitung von 4140-Legierungsstahl im geglühten Zustand (HRC 18–22) Hartmetallwerkzeuge bei Schnittgeschwindigkeiten von 150–200 m/min eingesetzt, während für 4340-Stahl, der auf HRC 45–50 gehärtet ist, CBN-Wendeschneidplatten bei 80–120 m/min erforderlich sind. Oberflächengüten von Ra 0,8 μm für Dichtflächen bis Ra 6,3 μm für unkritische Bereiche werden eingehalten und mit Mitutoyo-Profilometern überprüft. Bei der Bearbeitung nach der Wärmebehandlung werden Härtegrade bis zu HRC 62 mit CBN- und Keramikwerkzeugen bearbeitet, wobei der Werkzeugverschleiß dokumentiert überwacht wird, um die Maßhaltigkeit über Produktionsserien von 50 bis 10.000 Stück zu gewährleisten. Spezifische Vorschubgeschwindigkeiten für 8620-Einsatzhärtungsstahl werden auf 0,12–0,18 mm/U eingestellt, um eine Kaltverfestigung zu verhindern, während 1045-Kohlenstoffstahl mit 0,25–0,35 mm/U bearbeitet wird, um eine optimale Spanabfuhr zu gewährleisten. Die Standzeit wird pro Schneidkante erfasst, wobei Hartmetallwerkzeuge bei 4140 eine Schnittzeit von 30–45 Minuten pro Kante erreichen, die sich bei gehärtetem D2-Werkzeugstahl auf 15–20 Minuten verringert. Die Wahl des Kühlmittels ist entscheidend: Für legierte Stähle wird eine 10-prozentige halbsynthetische Emulsion verwendet, während bei Werkzeugstählen reines Öl zum Einsatz kommt, um thermische Rissbildung zu minimieren. Für jede Sorte werden Spanbrecher programmiert, um fadenförmige Späne zu vermeiden, die sich im Werkzeug verfangen können, wobei 1045 akzeptable 6–9 Späne pro Umdrehung erzeugt und 4340 engere 8–12 Spanbrüche pro Umdrehung erfordert.

Die Koordination der Wärmebehandlung ist ein wesentlicher Bestandteil des CNC-Bearbeitungsdienstes für Stahl. Partnerchaften mit NADCAP-zertifizierten Wärmebehandlungsanlagen ermöglichen das Abschrecken und Anlassen (Q&T), Aufkohlen, Nitrieren und Induktionshärten. Bei Bauteilen, die eine Oberflächenhärtung erfordern, wird eine Aufkohlung bis zu einer Tiefe von 0,5–2,0 mm mit einer Oberflächenhärte von HRC 58–62 durchgeführt; anschließend wird der Kern vor dem Härten auf die Endmaße bearbeitet. Durch Nitrieren wird eine Oberflächenhärte von 900–1100 HV bei minimaler Verformung erreicht, ideal für Zahnräder und Wellen. Das Spannungsarmglühen bei 550–650 °C für geschweißte Baugruppen und normalisierte Stahlteile beseitigt Restspannungen vor der Endbearbeitung und gewährleistet so langfristige Maßhaltigkeit unter zyklischen Belastungsbedingungen. Bei 4140-Wellen mit einer Länge von über 500 mm reduziert ein Spannungsabbau vor der Bearbeitung bei 600 °C für 2 Stunden die Verformung beim Endschleifen um bis zu 40 %. Die Aufkohlungstiefen werden durch Mikrohärteprüfungen gemäß ASTM E384 überprüft, wobei die Aufkohlungsprofile dokumentiert werden, um eine effektive Aufkohlungstiefe von 0,8–1,2 mm für Zahnradzähne sicherzustellen. Die Induktionshärtung von Wellen aus 1045-Stahl auf HRC 50–55 bei einer Härtetiefe von 1,5–3,0 mm erfolgt mit einer Frequenz von 10 kHz, gefolgt von einer 1-stündigen Temperung bei 180 °C zur Verringerung der Sprödigkeit. Für Werkzeugstähle wie D2 wird eine kryogene Behandlung bei -80 °C angeboten, um den Restaustenit zu stabilisieren und die Verschleißfestigkeit bei Schneidwerkzeugen um 15–25 % zu verbessern.

Anwendungen & Branchen

Im Öl- und Gassektor werden mittels CNC-Bearbeitung von Stahl Ventilkörper, Christmas-Tree-Komponenten und Verteilerblöcke aus den legierten Stählen 4130 und 4140 hergestellt, die die Anforderungen der Normen NACE MR0175/ISO 15156 für den Einsatz in sauren Umgebungen erfüllen. Diese Komponenten erfordern oft eine Härte unter HRC 22, um Sulfid-Spannungsrissbildung zu widerstehen. Dies wird durch eine präzise Q&T-Wärmebehandlung erreicht, gefolgt von einer Bearbeitung mit Toleranzen von ±0,025 mm an kritischen Dichtflächen. API 6A-Flansche mit einem Durchmesser von bis zu 500 mm werden mit einer Ringnut-Oberflächengüte von Ra 1,6 μm bearbeitet, und es werden druckführende Teile für Unterwasseranwendungen mit einer Nennleistung von 15.000 psi geliefert. Die Rückverfolgbarkeit der Materialien umfasst Schmelznummern, mechanische Prüfberichte und eine PMI-Verifizierung für jede Komponente. Bei Ventilspindeln, die aus 17-4PH-Edelstahl gefertigt sind, wird nach einer H900-Auslagerung eine Härte von HRC 33–38 beibehalten, wobei die Gewinde gemäß ASME B1.1 mit einer Toleranz der Klasse 3A geschnitten werden. An allen druckführenden Teilen wird eine Helium-Dichtheitsprüfung bei 10^-6 mbar·L/s durchgeführt, um die Dichtheit zu überprüfen. Die Anlage fertigt außerdem B7-Stehbolzen aus 4140-Stahl nach ASTM A193, wobei die Gewinde nach der Wärmebehandlung gerollt werden, um Zugfestigkeiten von 860–1035 MPa und eine Dehnung von über 16 % zu erreichen.

Für Offshore-Windkraft- und Schiffsanwendungen werden Bauteile aus den Stahlsorten S355J2+N und S460ML gemäß den Normen EN 1090-2 EXC3 und DNV-GL gefertigt. Dazu gehören Schwenklagergehäuse, Halterungen für das Pitch-System und Turmverbindungsringe, die mit Toleranzen von ±0,1 mm an Bolzenlochmustern mit Durchmessern von bis zu 4 Metern gefertigt werden. Oberflächenbehandlungen wie Feuerverzinkung (ISO 1461) oder zinkhaltige Lackierung (ISO 12944 C5-M) werden nach der Bearbeitung aufgebracht, um Korrosionsbeständigkeit in Offshore-Umgebungen zu gewährleisten. Propellerwellen und Ruderschaftwellen werden aus den legierten Stählen 4340 und 8620 gefertigt, wobei die Lagerzapfen induktiv auf HRC 50–55 gehärtet und anschließend auf Ra 0,4 μm geschliffen werden. Bei Getriebegehäusen für Windkraftanlagen, die aus duktilem Gusseisen DE-GJS-400-18-LT gefertigt werden, wird die Maßhaltigkeit durch eine zweistündige Spannungsentlastung bei 550 °C vor den abschließenden Bohrarbeiten sichergestellt. Die Lochbilder für Turmflansche werden mit einer Toleranz von ±0,05 mm beim Lochabstand gebohrt und mit einer Koordinatenmessmaschine mit einem 0,5-mm-Taster überprüft. Schiffspropellerwellen erfordern eine Oberflächenrauheit von Ra 0,2 μm an den Lagerflächen, die durch Superfinishen mit einem Schleifband der Körnung 1200 nach dem Schleifen erreicht wird.

In der Energieerzeugung und der petrochemischen Industrie werden bei der CNC-Bearbeitung von Stahl Turbinenkomponenten, Pumpengehäuse und Kompressorrotoren aus den Stahlsorten 1045, 4140 und 4340 gefertigt. Bei den aus Edelstahl 403 gefertigten Schaufelfüßen von Dampfturbinen werden Schwalbenschwanztoleranzen von ±0,013 mm mithilfe von speziell geschliffenen Formwerkzeugen auf 5-Achs-Maschinen eingehalten. Die Wärmebehandlungszyklen umfassen eine doppelte Vergütung für 4340 bei 540–650 °C, um Zugfestigkeiten von 1100–1300 MPa mit einer Schlagzähigkeit von über 27 J bei -40 °C zu erreichen. Wellen für Kesselspeisepumpen aus 17-4PH-Edelstahl (Zustand H1150) mit einer Härte von HRC 28–35 werden mit Rundlauftoleranzen von 0,025 mm TIR über 2 Meter Länge bearbeitet, was für schnell rotierende Anlagen mit Drehzahlen von 3.600–12.000 U/min entscheidend ist. Bei Kompressorrotoren werden Auswuchtungstoleranzen gemäß ISO 1940-1 G2.5 unter Verwendung dynamischer Auswuchtmaschinen mit einer Empfindlichkeit von 0,1 g·mm erreicht. Turbinengehäuseflansche aus 1,25Cr-0,5Mo-Stahl gemäß ASTM A182 F11 werden auf eine Ebenheit von 0,05 mm pro 300 mm bearbeitet, um dichte Verbindungen unter Hochdruckdampfbedingungen zu gewährleisten. Auf die Ventilsitze wird eine 3 mm dicke Inconel 625-Aufschweißung aufgebracht und anschließend auf Ra 0,8 μm bearbeitet, um eine Erosionsbeständigkeit im Hochtemperaturbetrieb bis zu 650 °C zu gewährleisten.

Anwendungen im Bergbau und im Bereich Schwermaschinen erfordern verschleißfeste Bauteile, die aus Werkzeugstählen wie D2, H13 und S7 gefertigt werden. Es werden Verschleißplatten für Brecher, Schaufelzahnadapter und Schermesser aus D2-Werkzeugstahl hergestellt, der auf HRC 58–60 gehärtet und mittels Drahterodieren auf Maßtoleranzen von ±0,01 mm bearbeitet wird. Für Warmumformungsanwendungen wie Druckgusskerne und Schmiedegesenke wird H13-Stahl im geglühten Zustand (HRC 18–22) bearbeitet und anschließend vakuumwärmebehandelt auf HRC 46–50 mit Stickstoffgasabschreckung, um Verformungen zu minimieren. Die Endbearbeitung mit CBN-Werkzeugen erzielt Oberflächengüten von Ra 0,8 μm auf den Kavitätenoberflächen und verlängert die Standzeit der Werkzeuge um 20–30 % im Vergleich zu herkömmlichen Bearbeitungsmethoden. Bei Bergbaubohrkronen aus S7-Werkzeugstahl wird durch Ölabschrecken und doppeltes Anlassen eine Härte von HRC 54–56 erreicht, wobei Hartmetalleinsätze in vorbearbeitete Taschen eingelötet werden. Schermesser für die Schrottverarbeitung werden aus D2-Stahl mit einer Härte von HRC 60–62 gefertigt und anschließend mittels Drahterodieren auf einen 3-Grad-Freiwinkel geschnitten, um eine optimale Scherkraft zu erzielen. Verschleißplatten für Rutschen und Trichter werden aus AR400-Stahl (HRC 36–40) mit Bohrungen für Befestigungslöcher mit einer Toleranz von ±0,2 mm gefertigt und mit einer 6 mm dicken Chromkarbid-Aufschweißung versehen, um die Lebensdauer in abrasiven Umgebungen zu verlängern.

Warum sollten Sie sich für Leading Top Union bei der CNC-Bearbeitung von Stahl entscheiden?

Leading Top Union verfügt über Zertifizierungen nach ISO 3834-2, EN 1090-2 EXC3 und AWS D1.1 und unterstreicht damit sein Engagement für Qualität in der Stahlfertigung und -bearbeitung. Das Qualitätsmanagementsystem umfasst eine Erstmusterprüfung (FAI) gemäß AS9102 für jeden neuen Produktionslauf, mit Maßberichten unter Verwendung eines Koordinatenmessgeräts (CMM, Zeiss Contura G2) mit einer Genauigkeit von 1,9 + L/300 μm. In kritischen Bearbeitungsphasen werden Zwischenkontrollen durchgeführt, wobei bei Großaufträgen eine statistische Prozesskontrolle (SPC) zum Einsatz kommt, um CpK-Werte über 1,67 zu gewährleisten. Alle ausgehenden Teile durchlaufen eine Endkontrolle, einschließlich Härteprüfung (Rockwell C), Messung der Oberflächenbeschaffenheit und Maßprüfung anhand der Konstruktionszeichnungen. Bei kritischen Luft- und Raumfahrtkomponenten wird eine 100-prozentige Maßprüfung mit einem Laserscanner mit einer Auflösung von 0,02 mm durchgeführt, wodurch ein vollständiger 3D-Vergleichsbericht zum CAD-Modell erstellt wird. Zu den zerstörungsfreien Prüfverfahren gehören die Magnetpulverprüfung (MPI) gemäß ASTM E1444 auf Oberflächenrisse und die Ultraschallprüfung (UT) gemäß ASTM E213 auf unter der Oberfläche liegende Fehler in Wellen und Platten.

Das technische Team bietet ingenieurtechnische Unterstützung bei der Überprüfung der Fertigungsfreundlichkeit (DFM) und hilft Kunden dabei, die Geometrien der Teile im Hinblick auf eine effiziente CNC-Bearbeitung zu optimieren. Je nach Einsatzbedingungen, Anforderungen an die Wärmebehandlung und Kostenvorgaben werden geeignete Stahlsorten empfohlen. So kann beispielsweise der Austausch von 4340 durch 4140 bei nicht kritischen Wellen die Materialkosten um 15–20 % senken, ohne dass die erforderliche Festigkeit beeinträchtigt wird. Zudem wird Beratung bei der Auswahl der Oberflächenbehandlung angeboten: Schwarzoxidierung für Korrosionsbeständigkeit in trockenen Umgebungen, Verzinkung (ASTM B633) für Innenanwendungen und Hartverchromung (AMS 2460) für Verschleißflächen, die eine Härte von über HRC 60 erfordern. Die Lieferzeiten für Prototypenmengen (1–10 Stück) betragen in der Regel 2–4 Wochen, während Serienmengen (100–10.000 Stück) je nach Komplexität und Wärmebehandlungszyklen 4–8 Wochen erfordern. Für Eilaufträge steht ein 24-Stunden-Eilservice für einfache Teile aus Standardmaterial vorrätig zur Verfügung, vorbehaltlich der Maschinenverfügbarkeit. Jedem Auftrag wird ein eigener Projektmanager zugewiesen, der wöchentliche Status-Updates bereitstellt und technische Probleme innerhalb von 4 Geschäftsstunden per E-Mail oder Telefon löst. Eine kundenspezifische Verpackung nach Kundenvorgaben, einschließlich Holzkisten für den Export gemäß ISPM-15, wird bei Bestellungen über 5.000 $ ohne zusätzliche Kosten angeboten.

Technische Daten

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