Gusseisen richtig bearbeiten
Gusseisen gilt zu Recht als einer der am besten zerspanbaren Werkstoffe überhaupt – kurze Späne, geringer Werkzeugverschleiß, gute Oberflächen. Trotzdem unterscheiden sich Grauguss (GJL) und Sphäroguss (GJS) beim Zerspanen deutlich, weil dieselbe Graphitform, die die mechanischen Eigenschaften bestimmt, auch die Spanbildung bestimmt.
Warum sich GJL und GJS unterschiedlich zerspanen lassen
Dieselbe Graphitform, die über die mechanischen Eigenschaften entscheidet, bestimmt auch die Spanbildung beim Zerspanen:
Die Lamellen unterbrechen den Werkstoffzusammenhalt, der Span bricht praktisch von selbst kurz – dazu wirkt der Graphit selbst wie ein eingebautes Trockenschmiermittel in der Spanfläche. Ergebnis: sehr gute Zerspanbarkeit, kurze Späne, geringe Schnittkräfte.
Die Kugeln unterbrechen das Gefüge kaum, der Werkstoff bleibt zäher und fester. Das bedeutet höhere Schnittkräfte, mehr Wärmeentwicklung, tendenziell längere (bandartige) Späne und spürbar höheren Werkzeugverschleiß im Vergleich zu GJL gleicher Festigkeitsklasse.
Faustregel: Je fester und duktiler die Sorte (GJS-600 zäher als GJS-400, GJS generell zäher als GJL), desto mehr nähert sich das Zerspanverhalten dem von Stahl an – mit entsprechend angepassten Schnittwerten.
Werkzeuge und Schneidstoffe
| GJL | GJS | |
|---|---|---|
| Übliche Schneidstoffe | Unbeschichtetes oder beschichtetes Hartmetall (K10–K20), auch Keramik/CBN bei Serienfertigung | Beschichtetes Hartmetall (P- oder K-Sorten je nach Sorte), bei hochfesten Sorten auch Cermet |
| Beschichtung | TiN, TiCN oder Al₂O₃-CVD-Beschichtungen für Standzeit | Al₂O₃- oder TiAlN-Beschichtungen wegen höherer Schnitttemperaturen |
| Spanwinkel | Eher negativ bis neutral – Werkstoff ist spröde, keine Aufbauschneidenneigung | Eher positiv – bessere Spanabfuhr bei zäherem Werkstoff nötig |
| Schneidkantengeometrie | Robust, leicht verrundet, da Werkstoff abrasiv wirkt (Graphit + Ferrit/Perlit) | Etwas schärfer für sauberen Schnitt, aber stabil genug für höhere Kräfte |
Wichtig bei beiden Werkstoffen: Gusseisen wirkt durch eingelagerte harte Phasen (Zementit, Sand-/Oxideinschlüsse an der Gussrandschicht) abrasiv auf die Schneide – die Gussrandzone (Zunderhaut) verursacht überdurchschnittlichen Verschleiß und sollte nach Möglichkeit in einem ersten, robusten Schnitt „weggeschruppt" werden, bevor mit feineren Werkzeugen weitergearbeitet wird.
Schnittwerte – grobe Orientierung
| Verfahren | GJL (Richtwerte) | GJS (Richtwerte) |
|---|---|---|
| Drehen, vc | 150–300 m/min (Hartmetall) | 100–200 m/min (Hartmetall) |
| Fräsen, vc | 120–250 m/min | 80–180 m/min |
| Bohren (HSS/VHM) | 20–40 m/min | 15–30 m/min |
| Vorschub f | Eher hoch fahrbar (kurzbrechender Span) | Moderater, an Spanabfuhr angepasst |
Diese Werte sind grobe Orientierung und hängen stark von Sorte, Bauteilgeometrie, Maschine und gewünschter Standzeit ab – die tatsächlichen Werte legt man am besten je nach konkretem Bauteil und Werkzeughersteller-Empfehlung fest.
Kühlschmierung
Wird traditionell häufig trocken zerspant – der Graphit übernimmt einen Teil der Schmierwirkung, und Kühlschmierstoff kann in Kombination mit dem feinen Graphitstaub zu Verschmutzung/Verklumpung führen.
Verträgt und braucht öfter Kühlschmierung, insbesondere bei höherfesten Sorten (GJS-500, GJS-600) und bei Bohr-/Gewindeoperationen, um Wärme und Werkzeugverschleiß zu begrenzen.
Bei Trockenbearbeitung beider Werkstoffe unbedingt für Absaugung sorgen – Graphitstaub ist fein, elektrisch leitfähig (Risiko für Maschinenelektronik) und gesundheitlich zu beachten (Atemschutz/Absaugung nach Arbeitsschutzvorgaben).
Typische Herausforderungen in der Praxis
- 1
Gussrandzone/Zunderhaut – deutlich härter als der Kernwerkstoff, verursacht Werkzeugverschleiß im ersten Schnitt. Lösung: robuste erste Schneide, ggf. reduzierte Geschwindigkeit im Anschnitt.
- 2
Lunker- und Porositätsrisiko – besonders bei dickwandigen Zonen; wirkt sich auf Oberflächenqualität und ggf. Werkzeugbelastung (Schlagbelastung beim Ein-/Austritt aus Poren) aus.
- 3
Schwingungsneigung (Rattern) bei GJS durch höhere Schnittkräfte – stabile Einspannung und ausreichend kurze Werkzeugüberhänge sind wichtiger als bei GJL.
- 4
Gratbildung bei GJS durch die Duktilität, besonders beim Bohren und Gewindeschneiden – GJL neigt dazu deutlich weniger.
- 5
Werkzeugverschleiß-Kontrolle: Bei GJS lohnt sich eine engere Standzeitüberwachung, da der Verschleiß durch höhere Zähigkeit weniger „vorhersehbar" abrupt auftreten kann als bei GJL.
Kurz zusammengefasst
Einfacher, schneller, meist trocken zerspanbar, kurze Späne, geringerer Werkzeugverschleiß.
Zäher, höhere Schnittkräfte, oft Kühlschmierung sinnvoll, mehr auf Stabilität und Werkzeuggeometrie achten – Zerspanung ähnelt in der Herangehensweise eher unlegiertem Stahl.
Zunderhaut im ersten Schnitt robust wegnehmen, danach kann mit feineren Schnittwerten für Maßhaltigkeit und Oberfläche gearbeitet werden.
Alle Angaben sind allgemeine Richtwerte aus der Zerspanungspraxis und ersetzen keine werkstoff- und maschinenspezifische Auslegung. Für eure konkrete Fertigung empfehlen wir, Schnittwerte und Werkzeugwahl mit dem jeweiligen Werkzeughersteller abzustimmen.
