Diametal AG/SA: Moderne Schneidstoffe – Auswahl und Einsatz

Redakteur: Matthias Böhm

>> Am Anfang steht eine Bearbeitungsaufgabe in Form einer Anfrage, welche als verbindliches Angebot dem Anfrager unterbreitet werden soll. Ausgangslage bilden das zu bearbeitende Material, der vorhandene Maschinenpark mit Werkzeugen, so wie das Personal mit seinen spezifischen Kenntnissen. Daraus erfolgen eine Zeit- und Aufwandabschätzung und die entstehenden Kosten. Diese Daten bilden die Grundlage für die Offertstellung.

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Noch gibt es den optimalen Schneidstoff nicht, der eine hohe Härte als auch eine hohe Zähigkeit aufweist. Deshalb ist die Wahl des Werkzeuges immer eine Art Kompromiss. (Bild: Diametal)
Noch gibt es den optimalen Schneidstoff nicht, der eine hohe Härte als auch eine hohe Zähigkeit aufweist. Deshalb ist die Wahl des Werkzeuges immer eine Art Kompromiss. (Bild: Diametal)

Zerspanungsprozesse werden immer komplexer und immer öfter stellt sich die Frage: Arbeite ich mit den optimalen Parametern? Nutze ich die Maschine optimal? Verwende ich für meine Aufgabe den richtigen Schneidstoff?

Optimale Parameter 
finden

Ist das zu bearbeitende Teil jedoch komplexer als gewohnt, ist das zu zerspanende Material exotisch oder gar unbekannt und soll das Verfahren grundsätzlich überdacht oder ersetzt werden, so führt dies zu sehr komplexen Fragestellungen. Umfangreiche Prozess- und Risikoanalysen helfen in diesen Fällen zu entscheiden und neue Wege zu beschreiten. Bereits für die Auswahl des richtigen Schneidstoffes gibt es vielfältige Überlegungen zu machen, damit der Zerspanungsprozess wirtschaftlich und gewinnbringend ist.

Entwicklung von Schneid­werkstoffen

Grundsätzlich soll der Schneidstoff härter als das zu bearbeitende Material sein. Bereits in der Urzeit haben die Menschen behauene Steine als Werkzeuge benutzt. Heute werden für industrielle Anwendungen Werkzeugstähle, Hartmetalle, Keramik, Bornitrid bis hin zu Diamanten als Schneiden verwendet. Die Werkzeugstähle wurden stetig weiter entwickelt, so entstand z.B. aus HSS pulvermetallurgisches HSS. Das Hartmetall entstand bereits Ende der zwanziger Jahre im letzten Jahrhundert, also vor rund 80 Jahren. Diese Entwicklung wurde durch die Technologie und die Verfügbarkeit des Rohmaterials geprägt und getrieben. Keramiken gesellten sich als weitere Schneidstoffe dazu und als Folge einer Verbindung mit Metall, ergänzte Cermet die Palette der Schneidstoffe. Beschichtungen beeinflussten das Verhalten dieser Werkzeuge zusätzlich positiv und die Standzeit erfuhr eine weitere Erhöhung. Damit diese sprödharten Stoffe bearbeitet werden konnten, musste von Anfang an auf den härtesten aller Schneidstoffe zurückgegriffen werden, den Diamanten.

Der Naturdiamant weisst eine Härte von bis zu 10000 HV auf. Diamanten werden gespalten und anschliessend Mittels Schleifen auf seine endgültige Form gebracht. Diamantkörner werden in Schleifbelägen verbaut, um so wieder als Schneidkeil zum Einsatz zu gelangen. Seit es in den 50er Jahren gelungen ist, Diamanten in der Diamantsynthese unter enormen Druck und Wärme künstlich zu erzeugen, wurden viele neue Anwendungsfelder erschlossen. Dieser Trend ist weiterhin ungebrochen.

Auswahl des richtigen 
Schneidstoffes

Die Auswahl des „richtigen“ Schneidstoffes verlangt hohe Kenntnisse vom Zerspaner. Die zu bearbeitenden Materialien können vereinfacht in vier Gruppen eingeteilt werden:

  • Eisenwerkstoffe
  • NE-Metalle
  • Kunststoffe
  • Verbundwerkstoffe

Damit Autos und Flugzeuge effizienter werden, Gelenkersatz verträglicher und dauerhafter wird und statt das Edelmetall Gold nun Palladium am Handgelenk glänzt, braucht es stets neue „Zähne“, die diese Materialien effizient zu Beissen vermögen. Substitution von bekannten Materialien zwingt den Anwender zur Suche nach neuen Schneiden. So wird Titan durch Keramik ersetzt. Selbst Keramik kann mit einem Drehstahl bearbeitet werden, jedoch die Schneide sollte härter als das zu bearbeitende Material sein. Rostfreier Stahl wird durch Kobalt-Chrom-Molybdän ersetzt.

Verschleiss nimmt 
sprunghaft zu

Der Verschleiss einer Hartmetallschneide nimmt hier sprunghaft zu und die Standzeit ist nur noch ein Bruchteil dessen, was im Stahl möglich ist. Reines Molybdän dagegen ist ein eher selten eingesetztes Metall und ist sehr weich und schmierend in der Bearbeitung. Werkstoffe können, je nach Anforderung, in verschiedenen Zuständen verfügbar sein:

  • hart – weich
  • klebrig – schmierend
  • rein – legiert
  • grün – gesintert
  • Monoblock – Verbund

Diese Eigenschaften beeinflussen ihre Bearbeitung wesentlich. Das Grundmaterial in seinen Abmessungen trägt seinerseits zur Auswahl des geeigneten Schneidstoffes bei. So ist der Materialabtrag (Spantiefe) ein wichtiger Faktor für die Zerspanungsleistung, die geforderte Oberflächenqualität, Prozesssicherheit und Reproduzierbarkeit sind weitere relevante Einflussgrössen, welche die Zerspaner täglich herausfordern.

Immer ein Kompromiss

Die Anforderungen an die modernen Schneidstoffe sind sehr vielfältig, wie die folgende Aufzählung zeigt:

  • Schneidfähigkeit und Härte
  • Verschleissfestigkeit
  • Warmhärte und Warmfestigkeit
  • Temperaturwechselbeständigkeit
  • Thermoschockunempfindlichkeit
  • Oxydationsbeständigkeit und chemische Beständigkeit
  • Zähigkeit, Biegefestigkeit
  • gute Wärmeleitfähigkeit

Diese Anforderungen sind darüber hinaus teilweise gegensätzlich. Die Auswahl des richtigen Schneidstoffes ist daher immer ein Kompromiss.

Neue Legierungen werden entwickelt und mit Beschichtungen kombiniert, so dass etwas neues, manchmal Revolutionäres entsteht.

Durch die enorme Vielfalt ist es zunehmend schwierig den Überblick zu behalten. Eine fachkundige Beratung ist in vielen Fällen notwendig und führt zum gewünschten Ziel. Mit der Vergleichstabelle soll dennoch eine grobe Auswahlmöglichkeit der Schneidstoffe aufgezeigt werden.>>

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