Einleitung
Die Wahl des richtigen Materials ist ein entscheidender Erfolgsfaktor in der Zerspanungstechnik. Die Bearbeitbarkeit verschiedener Werkstoffe variiert erheblich und beeinflusst direkt Qualität, Effizienz und Wirtschaftlichkeit des Fertigungsprozesses. Welche Metalle lassen sich gut zerspanen? Diese Frage stellen sich viele Konstrukteure und Fertigungsplaner. In diesem Artikel untersuchen wir die zerspanungstechnischen Eigenschaften verschiedener Materialien und zeigen, welche sich besonders gut für CNC-Bearbeitungsverfahren eignen.
Was bestimmt die Zerspanbarkeit eines Materials?
Die Bearbeitbarkeit eines Werkstoffs wird durch mehrere wichtige Materialeigenschaften beeinflusst:
- Härte und Festigkeit: Weichere Materialien lassen sich grundsätzlich leichter zerspanen, während harte Werkstoffe spezielle Schneidwerkzeuge und angepasste Bearbeitungsparameter erfordern.
- Wärmeleitfähigkeit: Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit führen Prozesswärme schneller ab, was Werkzeugverschleiß reduziert und höhere Schnittgeschwindigkeiten ermöglicht.
- Duktilität und Zähigkeit: Sehr zähe Materialien neigen zur Gratbildung und können die Spanabfuhr erschweren. Die richtige Schnittgeometrie und Spanbrecher können hier Abhilfe schaffen.
- Chemische Zusammensetzung: Bestimmte Legierungselemente können die Zerspanbarkeit verbessern oder verschlechtern und beeinflussen die Wirksamkeit von Kühlschmierstoffen.
Metallische Werkstoffe in der Zerspanung
1. Aluminium und Aluminiumlegierungen – Spitzenreiter bei der Zerspanbarkeit
Aluminium gilt als hervorragend zerspanbar und ermöglicht höchste Schnittgeschwindigkeiten unter den gängigen Metallen:
✓ Ausgezeichnete Bearbeitbarkeit dank geringer Härte und guter Wärmeleitfähigkeit ✓ Hohe Schnittgeschwindigkeiten bis zu 500 m/min möglich ✓ Leichtgewichtig bei gleichzeitig guter Korrosionsbeständigkeit ✓ Typische Anwendungsbereiche: Leichtbaukomponenten im Automobilbau, Luftfahrttechnik, Gehäuseteile und Präzisionsbauteile
Praxistipp: Bei hochsiliziumhaltigen Aluminiumlegierungen (>12% Si) ist mit erhöhtem Werkzeugverschleiß zu rechnen.
2. Die Stahlgruppe – Vielseitig aber unterschiedlich anspruchsvoll
Stähle bilden eine vielfältige Werkstoffgruppe mit unterschiedlicher Zerspanbarkeit:
Automatenstahl (z.B. 11SMn30)
✓ Speziell für verbesserte Zerspanbarkeit legiert (enthält Schwefel, Blei oder Phosphor) ✓ Ermöglicht kurzbrechende Späne und saubere Schnittflächen ✓ Ideal für Massenfertigung und automatisierte Prozesse
Baustähle und niedriglegierte Stähle
✓ Gute bis mittlere Zerspanbarkeit ✓ Weit verbreitet im allgemeinen Maschinenbau ✓ Wirtschaftliche Bearbeitung mit Standardwerkzeugen möglich
Edelstähle und rostfreie Stähle
✓ Anspruchsvollere Zerspanung durch hohe Zähigkeit ✓ Neigen zur Kaltverfestigung während der Bearbeitung ✓ Erfordern angepasste Schnittparameter und spezielle Beschichtungen ✓ Hauptanwendungen: Medizintechnik, Lebensmittelindustrie, chemische Industrie
3. Kupfer und Kupferlegierungen – Herausforderungen trotz Weichheit
Die gute elektrische und thermische Leitfähigkeit macht diese Materialien unverzichtbar:
Messing (CuZn)
✓ Hervorragende Zerspanbarkeit unter den Kupferlegierungen ✓ Bildet kurze Späne und ermöglicht glatte Oberflächen ✓ Ideal für Präzisionsteile in der Elektrotechnik und Sanitärindustrie
Reinkupfer
✓ Trotz Weichheit herausfordernd in der Bearbeitung ✓ Neigt zum „Schmieren“ und zur Bildung langer, wickelnder Späne ✓ Spezielle Schneideigenschaften und Kühlstrategien erforderlich
4. Titan und Titanlegierungen – Die Königsklasse der Zerspanung
Diese Hochleistungswerkstoffe stellen besondere Anforderungen:
✓ Außerordentliches Festigkeits-zu-Gewichts-Verhältnis ✓ Sehr geringe Wärmeleitfähigkeit führt zu konzentrierter Hitzeentwicklung ✓ Erfordert spezielle Hartmetallwerkzeuge mit optimierten Beschichtungen ✓ Niedrige Schnittgeschwindigkeiten und intensive Kühlung notwendig ✓ Haupteinsatzgebiete: Implantate in der Medizintechnik, Strukturbauteile in der Luft- und Raumfahrt
Kunststoffe und moderne Verbundwerkstoffe
1. Technische Kunststoffe – Vielseitig und zunehmend wichtiger
PEEK (Polyetheretherketon)
✓ Hochleistungskunststoff mit exzellenter Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit ✓ Gut zerspanbar mit speziell geschärften Werkzeugen ✓ Wichtiger Werkstoff für die Medizintechnik und Halbleiterindustrie
Acryl (PMMA) und Polycarbonat
✓ Ausgezeichnete Zerspanbarkeit mit scharfen Schneiden ✓ Geringe Wärmeleitfähigkeit erfordert sorgfältige Prozessführung ✓ Beliebte Werkstoffe für transparente Komponenten und Sichtteile
2. Faserverstärkte Verbundwerkstoffe – Die Zerspanungsherausforderung
CFK (Kohlefaserverstärkter Kunststoff)
✓ Extrem leicht bei gleichzeitig hoher Festigkeit ✓ Stark abrasive Wirkung auf Schneidwerkzeuge durch Kohlefasern ✓ Erfordert Spezialwerkzeuge mit Diamantbeschichtung ✓ Gefahr von Delaminierung und Faserausrissen bei falscher Bearbeitung ✓ Einsatz in Hightech-Anwendungen: Motorsport, Luftfahrt, Präzisionsmechanik
Praktische Empfehlungen für optimale Zerspanungsergebnisse
Um die beste Materialwahl für Ihr Zerspanungsprojekt zu treffen, sollten Sie folgende Faktoren berücksichtigen:
- Funktionale Anforderungen an das Bauteil (mechanische Belastung, Korrosionsbeständigkeit, etc.)
- Wirtschaftlichkeit der Bearbeitung (Werkzeugverschleiß, erreichbare Schnittgeschwindigkeiten)
- Verfügbarkeit spezialisierter Werkzeuge für anspruchsvolle Materialien
- Oberflächen- und Toleranzanforderungen im Verhältnis zur Materialzerspanbarkeit
Fazit: Die richtige Materialwahl entscheidet über den Fertigungserfolg
Die Frage „Welche Metalle lassen sich gut zerspanen?“ lässt sich nicht pauschal beantworten – zu unterschiedlich sind die Anforderungen moderner Anwendungen. Während Aluminium und bestimmte Stahllegierungen hervorragende Zerspanungseigenschaften bieten, können Titan oder faserverstärkte Kunststoffe trotz ihrer herausfordernden Bearbeitung aufgrund ihrer einzigartigen Materialeigenschaften die beste Wahl sein.
Die stetige Weiterentwicklung von CNC-Technologien, Werkzeugmaterialien und Beschichtungen erweitert kontinuierlich die Grenzen des Machbaren. Mit dem richtigen Know-how lassen sich heute nahezu alle technisch relevanten Werkstoffe präzise und wirtschaftlich zerspanen – vom Aluminium über Edelstahl bis hin zu modernsten Hochleistungskunststoffen und Verbundwerkstoffen.
