Werkstoffe in der Feinmechanik — Metalle und Legierungen

Wenn eine Zeichnung auf dem Tisch landet, steht im Stücklistenfeld in der Regel ein Werkstoffname — aber hinter diesem Namen verbirgt sich eine ganze Reihe von Eigenschaften, die bestimmen, wie du das Werkstück spannen musst, welche Schneide du verwenden sollst und wie schnell die Maschine laufen darf. Die Werkstoffe zu kennen, ist genauso wichtig wie die Maschine bedienen zu können.

Edelstahl wird dort eingesetzt, wo das Teil Feuchtigkeit, Chemikalien oder Hygieneanforderungen standhalten muss, zum Beispiel in der Medizintechnik und bei Lebensmittelanlagen. Der gewöhnliche austenitische Edelstahl (wie AISI 304 und 316) ist zäh und korrosionsbeständig, aber auch anspruchsvoller und wärmeempfindlicher zu bearbeiten als gewöhnlicher Stahl — er kaltverfestigt sich leicht, das heißt, eine falsche Schnittgeschwindigkeit oder stumpfe Schneiden ergeben schnell eine harte, glasierte Oberfläche, mit der schwer weiterzuarbeiten ist.

Messing ist eine Legierung aus Kupfer und Zink, und in der Feinmechanik ist besonders Automatenmessing (mit einem kleinen Zusatz von Blei oder Wismut) beliebt, weil es kurze, gut beherrschbare Späne und eine schöne Oberfläche ohne zusätzliches Polieren ergibt. Es wird für alles verwendet, von Uhren und Instrumenten bis zu Beschlägen und Ventilen. Der Nachteil ist, dass Messing weicher als Stahl ist und sich nicht für stark belastete oder verschleißbeanspruchte Teile eignet.

Aluminiumlegierungen wiegen etwa ein Drittel von Stahl und lassen sich mit hohen Geschwindigkeiten bearbeiten, was das Material für Gehäuse, Beschläge und Teile beliebt macht, bei denen das Gewicht eine Rolle spielt. Dafür ist Aluminium weicher und weniger verschleißfest, und es bildet leicht eine natürliche Oxidhaut, die die Oberfläche schützt — die aber auch berücksichtigt werden muss, wenn das Teil später eloxiert oder gelötet werden soll.

Federn, Schließmechanismen und Verschleißflächen erfordern Stahl, der auf eine bestimmte Härte gehärtet und angelassen werden kann, ohne spröde zu werden. Federstahl (oft eine Kohlenstoff- oder Chrom-Vanadium-Legierung) wird geformt und bearbeitet, solange er weich ist, und anschließend in einem Wärmebehandlungsprozess gehärtet, bei dem Temperatur und Abkühlzeit die endgültige Härte und Zähigkeit steuern. Werkzeugstahl wird für Schneiden, Matrizen und verschleißfeste Teile verwendet, wo die Oberflächenhärte mehr zählt als das Gewicht.

In der Medizintechnik und bei leichteren Luftfahrtkomponenten begegnet dir manchmal Titan, das geringes Gewicht mit hoher Festigkeit und guter Biokompatibilität verbindet, das aber weit schwerer zu bearbeiten ist als Aluminium — es leitet die Wärme schlecht, wodurch sich die Wärme in der Schneide konzentriert, und es erfordert niedrigere Geschwindigkeit, reichlich Kühlung und scharfe, oft beschichtete Werkzeuge.

Unabhängig davon, welches Material du vor dir hast, gilt dieselbe Regel: Lies die Materialangabe der Zeichnung genau, prüfe, ob ein Zertifikat oder eine Wärmebehandlung gefordert ist, und passe Schneide, Geschwindigkeit und Kühlung genau an dieses Material an. Eine falsche Wahl der Schnittparameter kann dich das Werkstück kosten — oder im schlimmsten Fall das Werkzeug.