Werkstoffe II: Titan, Kunststoffe, Stähle
Was macht die Zerspanung von PEEK so anspruchsvoll?
PEEK leitet Wärme kaum ab — rund 0,25 W/(m·K) —, sodass die Prozesswärme in der Schnittzone bleibt und der Werkstoff dort erweichen kann. Dazu kommen ausgeprägte Eigenspannungen im Halbzeug, hohe Kerbempfindlichkeit und bei glas- oder kohlefaserverstärkten Typen starker Werkzeugverschleiß. Der hohe Materialpreis macht Ausschuss zusätzlich teuer.
Passende Leistungen
Die Wärme kann nicht abfließen
Mit rund 0,25 W/(m·K) leitet PEEK Wärme etwa um den Faktor zweihundert schlechter als Stahl. Was an der Schneide entsteht, bleibt dort. Steigt die Temperatur über den Glasübergang bei etwa 143 Grad Celsius, verliert der Werkstoff lokal an Steifigkeit, der Span schmiert und die Oberfläche wird unbrauchbar.
Gegenmaßnahmen sind konsequent: sehr scharfe Schneiden mit poliertem Spanraum, positive Geometrie, hohe Schnittgeschwindigkeit bei begrenzter Zustellung, kein Verweilen im Eingriff, und eine Kühlung, die vor allem die Späne aus der Zone trägt. Werkzeuge werden früh gewechselt, weil eine stumpfe Schneide sofort Wärme einträgt.
Eigenspannungen und Tempern
Extrudierte und gepresste PEEK-Halbzeuge stehen unter Eigenspannung, besonders in großen Querschnitten. Wird einseitig Material abgetragen, verzieht sich das Teil, und in ungünstigen Fällen entstehen feine Risse. Deshalb ist ein gestufter Ablauf üblich: schruppen mit Aufmaß, tempern nach Vorgabe des Halbzeugherstellers, danach schlichten.
PEEK ist außerdem kerbempfindlich. Scharfe Innenecken, gratige Übergänge und schroffe Querschnittssprünge sind Rissausgangspunkte. Großzügige Radien und gleichmäßige Wandstärken sind bei diesem Werkstoff keine Kosmetik, sondern Voraussetzung für ein haltbares Bauteil.
Gemessen wird nach Temperaturausgleich: Auch PEEK dehnt sich deutlich stärker aus als Metall, und ein warm aus der Maschine kommendes Teil zeigt zuverlässig falsche Werte.
Gefüllte Typen und Werkzeugverschleiß
Ungefülltes PEEK ist gut zerspanbar. Glas- und kohlefaserverstärkte Typen verhalten sich dagegen wie ein Schleifmittel: Die Fasern verschleißen Hartmetall sehr schnell, weshalb bei größeren Stückzahlen Diamantwerkzeuge eingesetzt werden. Zusätzlich ist beim Bearbeiten faserverstärkter Kunststoffe auf Staubabsaugung zu achten.
Wirtschaftlich ist der Werkstoffpreis der zweite Faktor. Ein Ausschussteil kostet ein Vielfaches eines vergleichbaren Aluminiumteils, und der Verschnitt beim Zerspanen aus dem Vollen fällt entsprechend ins Gewicht. Endkonturnahe Halbzeuge und ein abgesicherter Prozess zahlen sich bei PEEK schneller aus als bei jedem Standardkunststoff.
Das Wichtigste in Kürze
- PEEK leitet Wärme kaum ab — die Schnittzone erhitzt sich lokal sehr schnell.
- Oberhalb des Glasübergangs bei rund 143 Grad Celsius schmiert der Span.
- Eigenspannungen verlangen einen Ablauf aus Schruppen, Tempern und Schlichten.
- Glas- und kohlefaserverstärkte Typen verschleißen Hartmetall extrem schnell.
Weitere Fragen dazu
Muss PEEK vor der Bearbeitung getempert werden?
Bei dickwandigen Halbzeugen und engen Toleranzen ist ein Temperschritt üblich, oft vor dem Schruppen und noch einmal zwischen Schruppen und Schlichten. Die konkreten Vorgaben stammen vom Halbzeughersteller und unterscheiden sich nach Type und Querschnitt. Ohne diesen Schritt ist der Verzug schwer beherrschbar.
Warum ist PEEK so teuer?
PEEK ist ein Hochleistungspolymer mit aufwendiger Synthese und vergleichsweise kleinen Produktionsmengen. Dazu kommen längere Bearbeitungszeiten, Temperschritte und bei gefüllten Typen hoher Werkzeugverschleiß. In der Kalkulation schlägt deshalb nicht nur das Material zu Buche, sondern auch der Verschnitt.
Wann lohnt sich PEEK statt Metall?
Wo elektrische Isolation, Chemikalienbeständigkeit, geringes Gewicht oder trockene Gleiteigenschaften gefragt sind und die Einsatztemperatur über dem liegt, was Standardkunststoffe aushalten. Für rein mechanisch belastete Bauteile bei Raumtemperatur ist Metall in aller Regel wirtschaftlicher.
Verwandte Fragen
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