Leitfaden zu den Eigenschaften von S355-Stahl und zur CNC-Bearbeitung

S355 ist ein weit verbreiteter Baustahl, der in Industriemaschinen, Stahlkonstruktionen und großen Schweißbaugruppen zum Einsatz kommt. Er bietet eine relativ hohe Streckgrenze und gewährleistet gleichzeitig ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Schlagzähigkeit, Schweißbarkeit und Herstellungskosten. Zu den gängigen Anwendungsbereichen zählen Maschinenfundamente, Befestigungsplatten, tragende Halterungen, Verbindungskomponenten und große Tragwerke, von denen viele eine präzise Bearbeitung von S355-Stahl nach dem Schneiden oder Schweißen.

Allerdings handelt es sich bei S355 nicht um ein einheitliches Material mit vollständig festgelegten Eigenschaften. Verschiedene Nachsetzungen weisen auf spezifische Anforderungen hinsichtlich der Schlagzähigkeit oder der Lieferbedingungen hin, während die Materialdicke ebenfalls Einfluss auf die garantierte Mindeststreckgrenze hat. Aus diesem Grund sind die Materialauswahl, die Konstruktion und CNC-Verfahren Bei der Planung sollten die genaue S355-Güteklasse, die Dicke und der Lieferzustand berücksichtigt werden, anstatt sich allein auf die allgemeine Bezeichnung zu verlassen.

Was ist S355-Stahl?

S355 ist eine Baustahlsorte, die in der europäischen EN 10025 Standardsystem.

• S steht für Baustahl.
• 355 bezeichnet eine Mindeststreckgrenze von etwa 355 MPa innerhalb des angegebenen Dickenbereichs.

S355 wird im Allgemeinen als Kohlenstoff-Mangan-Baustahl klassifiziert. Die entsprechenden Normen regeln in erster Linie die für die jeweilige Güteklasse erforderlichen Mindestwerte für Streckgrenze, Zugfestigkeit, Duktilität und Schlagzähigkeit. Anstatt sich auf eine hohe Härte als Grundlage für die Tragfähigkeit zu stützen, nutzt S355 eine kontrollierte chemische Zusammensetzung, Walzverfahren und Mikrostruktur, um Festigkeit, Zähigkeit und Schweißbarkeit in Einklang zu bringen.

Es ist wichtig zu verstehen, dass 355 MPa nicht für jede Dicke eine feste Streckgrenze darstellt. Bei einigen S355-Blechprodukten kann die Mindeststreckgrenze bei Dicken bis zu 16 mm 355 MPa betragen, von 16 bis 40 mm auf 345 MPa sinken und von 40 bis 63 mm weiter auf 335 MPa fallen. Die geltende Produktnorm und das Materialzertifikat sollten stets auf die tatsächlichen Anforderungen überprüft werden.

Chemische Zusammensetzung des Stahls S355

S355 besteht hauptsächlich aus Eisen, wobei kontrollierte Mengen an Kohlenstoff, Mangan, Silizium und Spurenelementen zugesetzt werden, um die erforderlichen Eigenschaften zu erzielen. Die chemischen Grenzwerte variieren je nach Güteklasse, Dicke und Lieferzustand. Die folgenden Werte geben einen allgemeinen Überblick über die übliche Zusammensetzung und die Funktion der einzelnen Elemente.

Einige feinkörnige S355-Güten enthalten zudem geringe Mengen an Niob, Vanadium oder Titan. Diese Mikrolegierungselemente verfeinern die Kornstruktur oder bilden feine Ausscheidungen, wodurch Festigkeit und Zähigkeit verbessert werden, ohne dass eine übermäßige Erhöhung des Kohlenstoffgehalts erforderlich ist.

Die tatsächliche chemische Zusammensetzung sollte stets entsprechend der jeweiligen Güteklasse, wie beispielsweise S355JR, S355J2, S355N oder S355M, bewertet werden.

Warum wird S355 so häufig verwendet?

Der Hauptvorteil von S355 liegt in seiner ausgewogenen Gesamtleistung.

Im Vergleich zu Baustählen mit geringerer Festigkeit kann S355 höhere Lasten aufnehmen, sodass Konstrukteure bestimmte Querschnittsabmessungen reduzieren oder die Tragfähigkeit eines Bauteils erhöhen können. Im Vergleich zu gehärteten Stählen und hochlegierten Stählen bietet er eine bessere Schweißbarkeit, Umformbarkeit und Wirtschaftlichkeit bei der Fertigung.

S355 eignet sich besonders für:

• Maschinensockel und Montageplattformen
• Hochbelastbare Halterungen und tragfähige Verbindungsplatten
• Brücken und Stahlbau
• Hebezeuge und Fördersysteme
• Große geschweißte Rahmen
• Bauteile aus dickwandigem Blech, die präzisionsgefertigte Befestigungsflächen und Bohrungen erfordern

Bei diesen Anwendungen muss das Material statischen Belastungen standhalten und gleichzeitig für Schweiß-, Schneid-, Bohr-, Fräs- und Montagearbeiten geeignet sein. In solchen Fällen sind die ausgewogenen Eigenschaften von S355 oft wertvoller als eine hohe Härte allein.

Gängige S355-Güteklassen

S355JR

S355JR erfordert eine Mindest-Charpy-Schlagzähigkeit mit V-Kerbe von 27 J bei 20 °C. Es wird häufig für Bauwerke, Geräterahmen, allgemeine Halterungen und mechanische Bauteile verwendet, die bei normalen Umgebungstemperaturen betrieben werden.

S355J0

S355J0 erfordert eine Mindestaufprallenergie von 27 J bei 0 °C. Im Vergleich zu S355JR eignet es sich besser für Außenanlagen und Konstruktionsanwendungen, die mäßig niedrigen Temperaturen ausgesetzt sind.

S355J2

S355J2 erfordert eine Mindestaufprallenergie von 27 J bei −20 °C. Es eignet sich für Umgebungen mit niedrigen Temperaturen, schwere Schweißkonstruktionen und Bauteile, bei denen die Beständigkeit gegen Sprödbruch von besonderer Bedeutung ist.

S355K2

S355K2 erfordert eine Mindestaufprallenergie von 40 J bei −20 °C. Seine Anforderungen an die Kaltschlagzähigkeit sind höher als die von S355J2, wodurch es sich für kritische tragende Konstruktionen und anspruchsvollere Schlagbedingungen eignet.

S355N und S355NL

Bei diesen Güten handelt es sich um normalisierte oder normalisiergewalzte feinkörnige Baustähle. Ihre Mikrostruktur und ihre mechanischen Eigenschaften sind im Allgemeinen gleichmäßiger, wodurch sie sich für dicke Bleche, große Schweißbauteile und Anwendungen eignen, bei denen eine zuverlässige Kaltzähigkeit erforderlich ist.

S355M und S355ML

S355M und S355ML werden im thermomechanischen Walzverfahren hergestellt. Durch die kontrollierte Walztemperatur und Verformung entsteht eine feinkörnige Mikrostruktur mit guter Schweißbarkeit und Zähigkeit.

Diese Stahlsorten werden häufig bei Brücken, großen Stahlkonstruktionen und Hebezeugen verwendet. S355, das im Zustand +N oder +M geliefert wird, weist im Allgemeinen eine gleichmäßigere Zähigkeit auf als herkömmliches walzfrisches Material.

Wichtigste mechanische Eigenschaften von S355-Stahl

Die folgenden Werte beschreiben die typischen Leistungseigenschaften von S355. Die tatsächlichen Ergebnisse variieren je nach konkreter Güteklasse, Produktdicke, Walzzustand und Probenahmerichtung.

Einige S355-Bleche mit einer Dicke zwischen 5 und 16 mm können eine Mindeststreckgrenze von 355 MPa, eine Zugfestigkeit von 470–630 MPa und eine Mindestdehnung von etwa 21%–22% aufweisen. Die garantierte Mindeststreckgrenze kann jedoch mit zunehmender Dicke abnehmen.

Die verschiedenen Festigkeitseigenschaften von S355 verstehen

“Festigkeit” ist keine einzelne Materialeigenschaft. Streckgrenze, Zugfestigkeit, Schlagzähigkeit, Härte und Steifigkeit beschreiben, wie sich das Material unter verschiedenen Belastungsbedingungen verhält.

Streckgrenze: mindestens ca. 355 MPa

Die Streckgrenze ist die Spannung, bei der ein Werkstoff eine bleibende Verformung zu zeigen beginnt.

Wird ein Maschinensockel, eine Halterung oder eine Verbindungsplatte unterhalb ihrer Streckgrenze belastet, kehrt sie nach Wegnahme der Belastung in der Regel in ihre ursprüngliche Form zurück. Sobald die Streckgrenze überschritten wird, kann das Bauteil eine bleibende Verformung oder Maßabweichung aufweisen.

Die Streckgrenze von S355 entsteht durch verschiedene Verfestigungsmechanismen:

• Festlösungsverstärkung durch Mangan und andere Elemente
• Ausfällungsverstärkung durch Niob, Vanadium oder Titan
• Korngrenzenverstärkung durch Kornverfeinerung
• Eine durch Walzen oder Normalisieren erzeugte, relativ gleichmäßige Ferrit-Perlit-Mikrostruktur

Diese Verfahren erhöhen die Festigkeit, ohne sich ausschließlich auf einen höheren Kohlenstoffgehalt zu stützen, der andernfalls die Schweißbarkeit beeinträchtigen würde.

Aus Sicht der CNC-Bearbeitung bedeutet eine höhere Streckgrenze, dass mehr Kraft erforderlich ist, um den Span zu bilden und abzutrennen. Wenn die Maschine, das Werkzeug oder das Spannsystem nicht ausreichend steif sind, kann es zu Werkzeugdurchbiegung, Rattermarken und Maßabweichungen kommen.

Zugfestigkeit: ca. 470–630 MPa

Die Zugfestigkeit ist die maximale Spannung, der das Material bei einer Zugprüfung standhalten kann, bevor es bricht.

Da die Zugfestigkeit höher ist als die Streckgrenze, kann S355 auch nach Einsetzen der plastischen Verformung weiterhin zusätzliche Lasten aufnehmen. Die Zugfestigkeit sollte jedoch in der Regel nicht als zulässige Betriebsgrenze bei der Tragwerksplanung herangezogen werden, da bereits vor Erreichen dieses Wertes erhebliche bleibende Verformungen auftreten.

Die Zugfestigkeit ist insbesondere relevant für:

• Zugbeanspruchte Verbindungsplatten
• Hebevorrichtungen und Hebeanlagen
• Tragflächen in der Nähe von Schweißverbindungen
• Lagerkomponenten für den Bau und für Schwermaschinen

Bei der Zerspanung führt eine höhere Zugfestigkeit in der Regel zu einer höheren mechanischen Belastung der Schneidkante. Übermäßige momentane Schnittkräfte sollten beim Tiefnutfräsen, beim Fräsen über die gesamte Breite und beim schweren Schruppen vermieden werden.

Schlagzähigkeit: 27 J oder 40 J

Die Schlagenergie ist kein Maß für die statische Festigkeit. Sie gibt die Energiemenge an, die ein Werkstoff bei plötzlicher Belastung bei einer bestimmten Temperatur aufnehmen kann.

Einer der Hauptunterschiede zwischen S355JR, J0, J2 und K2 besteht in der vorgeschriebenen Temperatur für die Schlagprüfung und der Mindestenergieaufnahme. So muss beispielsweise S355J2 bei −20 °C mindestens 27 J liefern, wodurch es sich besser für kalte Umgebungen oder Konstruktionen eignet, die plötzlichen Stößen ausgesetzt sind, als S355JR.

Die Schlagzähigkeit wird beeinflusst durch:

• Gehalt an Phosphor, Schwefel und nichtmetallischen Einschlüssen
• Korngröße
• Die Form und Verteilung von Ferrit und Perlit
• Walz- und Normalisierungsverfahren
• Die Mikrostruktur der Wärmeeinflusszone der Schweißnaht

Feine Körner verbessern in der Regel sowohl die Festigkeit als auch die Zähigkeit, während grobe Körner, Verunreinigungen und ungleichmäßige Mikrostrukturen das Risiko eines Sprödbruchs erhöhen können.

Die Schlagzähigkeit bestimmt die Schnittgeschwindigkeit nicht in gleicher Weise wie die Härte, ist jedoch für die Werkstoffauswahl von Bedeutung. Ein Bauteil für den Einsatz bei niedrigen Temperaturen, das ausschließlich anhand seiner Streckgrenze von 355 MPa ausgewählt wurde, erfüllt möglicherweise dennoch nicht die Betriebsanforderungen, wenn die erforderliche Schlagzähigkeitsklasse außer Acht gelassen wird.

Härte: In der Regel etwa 150–200 HB

Die Härte gibt die Widerstandsfähigkeit eines Werkstoffs gegen Eindrücke, Kratzer und lokale plastische Verformungen an.

S355 ist ein Baustahl, dessen Normen in erster Linie die Streckgrenze, die Zugfestigkeit und die Zähigkeit garantieren und nicht einen festen Härtewert. Daher sollten 150–200 HB als typischer Referenzbereich betrachtet werden und nicht als allgemeingültige Abnahmeanforderung für jedes S355-Produkt.

Die Härte von S355 wird hauptsächlich beeinflusst durch:

• Kohlenstoffgehalt
• Mangan und Mikrolegierungselemente
• Der Anteil an Ferrit und Perlit
• Korngröße
• Abkühlgeschwindigkeit und lokale Temperaturzyklen

Ein höherer Perlitanteil erhöht in der Regel die Festigkeit und Härte. Auch eine Kornverfeinerung kann die Festigkeit steigern, während gleichzeitig eine relativ gute Zähigkeit erhalten bleibt.

Flammgeschnittene oder geschweißte Kanten werden schnell erhitzt und abgekühlt, was lokal zu einer Veränderung der Mikrostruktur führen und eine Wärmeeinflusszone erzeugen kann, die härter ist als das Grundmaterial. Dies ist ein Grund dafür, dass Schneidwerkzeuge bei der Bearbeitung thermisch geschnittener Kanten schnell verschleißen oder ausbrechen können.

Steifigkeit: Elastizitätsmodul von etwa 210 GPa

Die Steifigkeit beschreibt den Widerstand eines Bauteils gegen elastische Verformung. Die relevante Materialeigenschaft ist der Elastizitätsmodul.

S355 weist einen Elastizitätsmodul von etwa 210 GPa auf, der hauptsächlich durch die atomaren Bindungseigenschaften von Werkstoffen auf Eisenbasis bestimmt wird. Der Kohlenstoff- und Mangangehalt, die Korngröße sowie die Mikrostrukturen bei Normalwalzung können die Festigkeit und Härte erheblich beeinflussen, haben jedoch nur einen begrenzten Einfluss auf den Elastizitätsmodul.

Das bedeutet, dass S355 zwar eine höhere Streckgrenze als S235 aufweist, die beiden Werkstoffe jedoch bei gleichen Bauteilabmessungen und gleicher Belastung keinen ebenso großen Unterschied in der elastischen Durchbiegung aufweisen.

Die Steifigkeit von Bauteilen lässt sich vor allem durch folgende Maßnahmen verbessern:

• Erhöhung der Blechdicke oder des Querschnitts
• Hinzufügen von Verstärkungsrippen
• Reduzierung der nicht abgestützten oder auskragenden Länge
• Optimierung der Querschnittsgeometrie
• Verbesserung der Betreuungs- und Kontaktbedingungen

Wenn also ein Maschinensockel oder eine lange Halterung eine übermäßige elastische Durchbiegung aufweist, reicht es möglicherweise nicht aus, lediglich den Stahl mit geringerer Festigkeit durch S355 zu ersetzen, um das Problem zu beheben. Auch die Konstruktionsabmessungen und die Anordnung der Stützen müssen überprüft werden.

Gängige Lieferbedingungen für S355

+AR: Walzzustand

+AR bedeutet, dass der Stahl im walzblanken Zustand geliefert wird. Er ist in der Regel kostengünstig und eignet sich für Standard-Montageplatten, allgemeine Rahmen und Bauteile, bei denen keine hohen Anforderungen an die Kaltzähigkeit gestellt werden.

Bei großen, präzisionsbearbeiteten Platten können Eigenspannungen und mikrostrukturelle Schwankungen im walzfrischen Material das Risiko einer Verformung nach der Bearbeitung erhöhen.

+N: Normalisierter oder normalisierter-gewalzter Zustand

+N kennzeichnet einen normalisierten oder normalisierten und gewalzten Lieferzustand. Durch kontrolliertes Erwärmen, Walzen und Abkühlen wird die Kornstruktur verfeinert und die Gleichmäßigkeit der mechanischen Eigenschaften verbessert.

S355J2+N wird häufig für dicke Bleche, Konstruktionen, die bei niedrigen Temperaturen eingesetzt werden, sowie für Bauteile verwendet, bei denen eine verbesserte Schweißbarkeit und Maßhaltigkeit erforderlich sind.

Es ist wichtig, zwischen den folgenden Bezeichnungen zu unterscheiden:

• S355N ist eine bestimmte feinkörnige Baustahlsorte.
• S355J2+N Wird S355J2 im normalisierten oder normalisiert-gewalzten Zustand geliefert?.

Die beiden Bezeichnungen sollten nicht als austauschbar betrachtet werden.

+M: Thermomechanisch gewalzter Zustand

+M steht für thermomechanisches Walzen. Bei diesem Verfahren werden die Verformungstemperatur und die Abkühlung präzise gesteuert, um eine feinkörnige Mikrostruktur zu erzeugen, wodurch die erforderliche Festigkeit häufig bereits bei einem relativ niedrigen Kohlenstoffäquivalent erreicht wird.

Diese Werkstoffe eignen sich für große Schweißkonstruktionen, Brücken und Bauteile, bei denen die Eigenschaften der Wärmeeinflusszone der Schweißnaht von Bedeutung sind.

Bei Standardgüten der Klasse S355 wird zur Erzielung der vorgeschriebenen mechanischen Eigenschaften in der Regel nicht auf das Abschrecken und Anlassen zurückgegriffen. Bei großen Schweißbaugruppen oder präzisionsbearbeiteten Bauteilen kann eine Spannungsarmglühbehandlung in Betracht gezogen werden, wobei die Temperatur jedoch genau kontrolliert werden muss, um eine Veränderung der ursprünglichen Mikrostruktur und der mechanischen Eigenschaften zu vermeiden.

Schweißbarkeit von S355

S355 weist im Allgemeinen eine gute Schweißbarkeit auf und kann mit gängigen Verfahren wie MAG-/MIG-Schweißen, Metall-Schutzgasschweißen, Fülldrahtschweißen und Unterpulverschweißen verbunden werden.

Kohlenstoff-Mangan-Stähle und feinkörnige S355-Güten lassen sich in der Regel mit herkömmlichen Verfahren schweißen. Werkstoffe, die im +N- oder +M-Zustand geliefert werden, können zudem eine gleichmäßigere Zähigkeit aufweisen.

Die Notwendigkeit einer Vorwärmung sollte nicht allein anhand der Bezeichnung “S355” bestimmt werden. Es müssen weitere Faktoren berücksichtigt werden, darunter:

• Materialstärke
• Kohlenstoffäquivalent
• Gelenkfixierung
• Wasserstoffgehalt des Schweißzusatzwerkstoffs
• Umgebungstemperatur
• Wärmezufuhr und Zwischenschichttemperatur

Dünne Abschnitte, geringe Kohlenstoffäquivalente und leicht eingespannte Verbindungen lassen sich in der Regel leichter schweißen. Dicke Bleche, stark eingespannte Baugruppen und Schweißarbeiten in kalten Umgebungen erfordern unter Umständen eine Vorwärmung und eine strengere Kontrolle der Zwischenlagentemperatur.

Wenn eine Schweißkonstruktion auch CNC-Bearbeitung erfordert, sollten das Schweißen, das Richten und gegebenenfalls erforderliche Spannungsarmbehandlungen in der Regel abgeschlossen sein, bevor die Montageflächen, Passbohrungen und kritischen Passungen endbearbeitet werden. Diese Reihenfolge verringert den Einfluss von Schweißverformungen auf die endgültige Maßgenauigkeit.

Ungefähre S355-Güteklassen in anderen Ländern

Werkstoffe aus unterschiedlichen Normen sollten nicht allein aufgrund ihrer Streckgrenze als vollständig gleichwertig angesehen werden. Die folgenden Güteklassen können für einen vorläufigen Vergleich herangezogen werden; vor einem Austausch müssen jedoch die chemische Zusammensetzung, die zulässige Dicke, die Temperatur für die Schlagprüfung, der Lieferzustand und die Produktnorm überprüft werden.

Historische Angaben zur Güteumrechnung sind nur als ungefähre Werte zu betrachten. Ein Material, das als “nahezu gleichwertig” bezeichnet wird, kann sich dennoch hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung, der Schlagzähigkeit, der Dickengrenzen oder des Lieferzustands unterscheiden.

CNC-Bearbeitbarkeit von S355

S355 lässt sich mit herkömmlichen, für Stahl ausgelegten Werkzeugen CNC-fräsen, drehen, bohren, ausbohren und mit Gewinden versehen.

Die Bearbeitungsschwierigkeiten sind im Allgemeinen höher als bei Weichstahl mit geringerer Festigkeit, jedoch geringer als bei gehärtetem Stahl oder hochlegiertem Werkzeugstahl. Zu den typischen Bearbeitungseigenschaften zählen:

• Relativ hohe Schnittkräfte
• Erhöhte Spindelbelastung beim Schruppen
• Durch Walzzunder verursachter beschleunigter Werkzeugverschleiß
• Mögliche lokale Verhärtung entlang thermisch geschnittener Kanten
• Verformung großer Platten bei der Entlastung von Restspannungen
• Maßinstabilität bei geschweißten Bauteilen in Abhängigkeit von der Schweißreihenfolge

S355 selbst gilt normalerweise nicht als schwer zu bearbeitender Werkstoff. In der Produktion werden viele Bearbeitungsprobleme nicht durch die Stahlsorte selbst verursacht, sondern durch den Zustand des Rohlings, thermisch beeinflusste Oberflächen, unzureichende Spannsteifigkeit oder eine ungeeignete Bearbeitungsreihenfolge.

Allgemeine CNC-Fräsparameter für S355

Bei der Bearbeitung von S355 mit beschichteten Hartmetall-Schaftfräsern können unter stabilen, universellen Bedingungen die folgenden Werte als Anfangseinstellungen verwendet werden.

Die Schnittgeschwindigkeit kann beim stabilen Seitenfräsen, bei Verwendung einer geringeren radialen Einspanntiefe oder bei der Bearbeitung mit hochleistungsbeschichteten Werkzeugen erhöht werden.

Beim Schneiden von Walzzunder, flammgeschnittenen Kanten, tiefen Schlitzen, unterbrochenen Oberflächen oder Bauteilen mit begrenzter Steifigkeit muss die Schnittgeschwindigkeit unter Umständen auf etwa 120–180 m/min reduziert werden.

Diese Werte stellen keine festen Normen für S355 dar. Schnittgeschwindigkeit und Vorschub sollten entsprechend der Werkstoffhärte, der Lieferbeschaffenheit, dem Werkzeugwerkstoff, der Schneidengeometrie, der Kühlmethode und der Stabilität der Werkstückspannung angepasst werden.

Werkzeugauswahl und Kühlung

Hartmetallwerkzeuge, entwickelt für ISO-P-Stahl Für die Bearbeitung von S355 werden in der Regel folgende Werkstoffe bevorzugt.

Schruppwerkzeuge sollten folgende Eigenschaften aufweisen:

• Starke Schneidkanten
• Gute Beständigkeit gegen Absplitterungen
• Ausreichender Spanabfluss
• Verschleißfeste Beschichtungen

Bei der Auswahl von Werkzeugen für die Endbearbeitung sollte Folgendes im Vordergrund stehen:

• Scharfe Schneidkanten
• Geringer Werkzeugrundlauf
• Hohe Steifigkeit der Halterung
• Maßkonsistenz

Beschichtungen wie TiCN, TiAlN und AlTiN können die Verschleißfestigkeit und das Verhalten bei hohen Temperaturen verbessern. Die endgültige Auswahl sollte sich jedoch nach dem Werkzeughersteller, dem Bearbeitungsvorgang, den Schnittbedingungen und der Kühlmittelstrategie richten.

Kühlmittel trägt dazu bei, die Schnitttemperatur zu regulieren, die Schmierung zu verbessern und Späne abzutransportieren. Beim Tieflochbohren, beim Fräsen mit schmalen Nuten oder bei Bearbeitungen mit hohem Materialabtrag sollte das Kühlmittel die Schneidkante effektiv erreichen, um Späneansammlungen und lokale Überhitzung zu verhindern.

Häufige Probleme bei der Bearbeitung von S355

Durch Walzzunder verursachter Werkzeugverschleiß

Warmgewalzte Rohlinge weisen häufig eine Schicht aus Walzzunder auf. Diese Oberfläche kann härter und abrasiver sein als der darunterliegende Stahl.

Der erste Schnitt sollte unterhalb der Zunderkruste ansetzen, anstatt die Schneide kontinuierlich über die Oberfläche gleiten zu lassen.

Lokale Verfestigung entlang thermisch geschnittener Kanten

Beim Brennschneiden und Plasmaschneiden entsteht eine Wärmeeinflusszone. Eine schnelle lokale Abkühlung kann die Mikrostruktur verändern und die Kantenhärte erhöhen, was zu vorzeitigem Werkzeugverschleiß, Ausbrüchen oder instabilem Schnitt führen kann.

Wenn möglich, sollte die Schnittkante vor der Bearbeitung gereinigt werden, oder es sollte bei der Angebotserstellung und der Prozessplanung ein ausreichendes Bearbeitungszugabe berücksichtigt werden.

Rauheit und Oberflächenmarkierungen

Ein zu großer Werkzeugüberhang, eine unzureichende Werkstückauflage oder ein zu starker radialer Eingriff können zu Vibrationen führen.

Die Bearbeitungsstabilität lässt sich durch eine Verringerung des Werkzeugüberhangs, eine bessere Abstützung des Werkstücks, eine Anpassung der Spindeldrehzahl oder eine Verringerung der radialen Schnittbreite verbessern.

Burr-Formation

Grate bilden sich häufig an Bohrungsausläufen, entlang der Kanten dünner Bleche und um sich kreuzende Bohrungen herum.

Scharfe Werkzeuge, geeignete Vorschubgeschwindigkeiten und geplante Anfasvorgänge können den Aufwand für das manuelle Entgraten verringern.

Verformung des Werkstücks

Große Platten, lange Bauteile und Schweißkonstruktionen können sich verziehen, wenn sich beim Materialabtrag Restspannungen lösen.

Zu den gängigen Bekämpfungsmethoden gehören:

• Material symmetrisch von beiden Seiten abtragen
• Ausreichende Nahtzugabe einplanen
• Neu-Einspannen des Werkstücks nach der Grobbearbeitung
• Trennung von Schrupp- und Schlichtbearbeitung
• Bearbeitung kritischer Befestigungsflächen und Bohrungen zuletzt
• Abwägung einer stressmindernden Behandlung, falls erforderlich

Gängige CNC-gefräste S355-Bauteile

S355 wird üblicherweise zur Herstellung folgender Produkte verwendet:

• Maschinensockel und Montageplattformen
• Große Anschlussplatten
• Tragende Klammern
• Flansche und Lagergehäuse
• Komponenten für Hebezeuge
• Stützen für Förderanlagen
• Befestigungsflächen an geschweißten Rahmen
• Positionierungs- und Befestigungslöcher in dicken Stahlplatten

An diese Bauteile werden häufig gleichzeitig Anforderungen hinsichtlich Tragfähigkeit, Schweißbarkeit und Montage gestellt. Die Bearbeitungsqualität muss daher nicht nur die einzelnen Maße berücksichtigen, sondern auch den Lochabstand, die Ebenheit, die Rechtwinkligkeit und die Konsistenz der Bezugsebenen.

Bei geschweißten Rahmen hat es sich in der Praxis bewährt, zunächst die Schweiß- und Richtarbeiten abzuschließen und anschließend die Befestigungsflächen, Passbohrungen und Passflächen zu bearbeiten. Diese Reihenfolge gleicht die durch die Schweißwärme verursachten Maßänderungen aus.

Was sollte beim Kauf von bearbeiteten S355-Teilen angegeben werden?

Die bloße Angabe von “S355” in einer Zeichnung reicht in der Regel nicht aus. In Angebotsanfragen und Einkaufsunterlagen sollten nach Möglichkeit die folgenden Informationen enthalten sein:

Falls flamm- oder plasmaschnittgefertigte Rohlinge zulässig sind, sollten auch die erforderliche Bearbeitungszugabe und die Kantenqualität angegeben werden.

Das thermische Schneiden kann die Kosten für die Materialvorbereitung und die Grobbearbeitung senken, doch die Wärmeeinflusszone kann zu höheren Schnittkräften und einem höheren Werkzeugverschleiß führen.

Wie Weldo S355-Bauteile bearbeitet

Bevor der Fertigungsprozess entwickelt wurde, Weldo Bei der Bearbeitung werden die spezifische Stahlsorte S355, die Blechdicke, der Lieferzustand, die Rohteilart und die kritischen Toleranzen festgelegt. Anschließend werden die Schnitt-, Spann- und Bearbeitungsabläufe entsprechend der Bauteilgeometrie geplant.

Standard-Plattenbauteile können durch Sägen, Brennschneiden oder Plasmaschneiden hergestellt werden, gefolgt von Planfräsen, Bohren, Ausbohren und Konturbearbeitung. Große Maschinenfundamente und geschweißte Rahmen werden in der Regel zunächst geschweißt und gerichtet, wobei die Befestigungsflächen, Passbohrungen und kritischen Bezugspunkte anschließend bearbeitet werden.

Zu den wichtigsten Prozesskontrollen gehören:

• Anpassung der Parameter für den ersten Durchgang bei Zunder und thermisch geschnittenen Kanten
• Auswahl geeigneter Hartmetallwerkzeuge für ISO-P-Stahlwerkstoffe
• Trennung von Schrupp-, Vorschlicht- und Schlichtbearbeitung
• Symmetrisches Abtragen von Material von großen Platten
• Neu-Einspannen oder Prüfen des Bauteils nach der Grobbearbeitung
• Bearbeitung kritischer Bohrungen und Befestigungsflächen zuletzt
• Eine temporäre Prozessbasis an komplexen Bauteilen anzubringen und diese durch Drahterodieren nach der Bearbeitung
• Prüfung von Lochabständen, Ebenheit und Bezugspunkten

Eine temporäre Prozessbasis kann die Spannsteifigkeit bei komplexen Bauteilen verbessern. Nach Abschluss der wichtigsten Bearbeitungsschritte kann die Basis mittels Draht-Funkenerosion abgetrennt werden, wodurch wiederholte Rüstvorgänge sowie der Zeitaufwand für das Abtragen von überschüssigem Material durch herkömmliches Fräsen reduziert werden.

Schlussfolgerung

S355 ist ein europäischer Baustahl, der ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Festigkeit und, Zähigkeit, Schweißbarkeit und Bearbeitungskosten. Es wird häufig für Maschinenfundamente, Verbindungsplatten, tragende Halterungen und große Schweißbaugruppen verwendet. Für eine erfolgreiche Materialauswahl und CNC-Bearbeitung müssen die spezifische Güteklasse, die Dicke und der Lieferzustand klar definiert sein, während Werkzeugauswahl, Werkstückspannung sowie die Abfolge von Schrupp- bis Schlichtbearbeitung unter Berücksichtigung der Materialfestigkeit, des Rohteilzustands und der Eigenspannungen geplant werden sollten, um Werkzeugverschleiß, Werkstückverformung und die endgültige Maßgenauigkeit zu kontrollieren.