Bei der spanenden Fertigung sind Fräs- und Drehwerkzeuge zentrale Werkzeuge, die Effizienz, Kosten und Qualität direkt beeinflussen. Angesichts vieler Auswahlmöglichkeiten ist es eine Schlüsselkompetenz, das jeweilige Typ genau auszuwählen.

1. Identifizieren Sie das Verarbeitungsobjekt – Kenne dich selbst und kenne den Feind; hundert Schlachten sind nicht gefährlich.

Bevor man sich für ein Werkzeug entscheidet, lautet die erste Frage stets: "Welches Material möchte ich bearbeiten?" Unterschiedliche Materialeigenschaften bestimmen dabei die Richtung aller nachfolgenden Entscheidungen.

Stahlteile (Klasse P) : Die häufigsten zu bearbeitenden Materialien reichen von Weichstahl bis hin zu hochhärtem Schweißformstahl. Eine gute Zähigkeit und Schlagfestigkeit des Werkzeugs sind erforderlich.

Edelstahl (M): Hohe Zähigkeit, schlechte Wärmeleitfähigkeit, leichte Kaltverfestigung. Scharfe Schneiden, gute Spanabfuhr-Eigenschaften und höhere Verschleißbeständigkeit werden gefordert.

Gusseisen (Kategorie K): erzeugt normalerweise abrasive Späne und hohen Verschleiß an der Werkzeugkante. Werkzeuge müssen verschleißfest sein und einem gewissen Aufprall standhalten können.

Nicht-Eisen-Metalle (N): z. B. Aluminium, Kupfer, Aluminiumlegierungen. Weiches Material, das leicht am Messer haftet. Benötigt eine scharfe Schneide, einen großen Spanformer und ein Design zur Vermeidung des Spanformers.

Hochtemperaturlegierungen/Titanlegierungen (S) Hohe Festigkeit, sehr schlechte Wärmeleitfähigkeit und starke Kaltverfestigung. Sie lassen sich nur schwer bearbeiten und erfordern spezialisierte Hochleistungswerkzeuge sowie maschinelle Bearbeitungsstrategien.

Nichtmetallische Materialien: wie Verbundwerkstoffe und Kunststoffe. Erfordern spezielle Kantenformen und Materialien, um Delaminierung oder Überhitzung zu verhindern.

Denken Sie an die Materialklassifizierungscodes (P/M/K/N/S), die bei der Auswahl von Beschichtungen und Materialien entscheidend sind.

II. Werkzeugmaterialauswahl – Die „ Innere Funktionsweise ” des Werkzeugs

Werkzeugmaterial bestimmt die Grundlage seiner Schneidleistung und wird hauptsächlich in folgende Kategorien unterteilt:

Hochgeschwindigkeitsstahl (HSS)

Eigenschaften: Gute Zähigkeit, günstig kann komplexe Formen des Werkzeugs herstellen (wie Bohrer, Gewindebohrer).

Geeignet für: Langsamlaufschneiden, Werkzeuge mit komplexen Formen, intermittierende Bearbeitung oder ungleichmäßige Materialien. Es ist die erste Wahl für Einführungs- und Spezialwerkzeuge.

2. Hartmetall (Wolframstahl)

Merkmale: Mainstream-Wahl für die moderne Zerspanung. Hohe Härte und gute Verschleißfestigkeit , aber weniger Zähigkeit als HSS. Verschleißfestigkeit und Zähigkeit werden durch unterschiedliche Korngröße und Kobaltgehalt ausgeglichen.

Geeignet für: Halbfertigbearbeitung bis Fertigbearbeitung der überwiegenden Mehrheit der Werkstoffe, insbesondere beim Hochgeschwindigkeitsschneiden. Sie sind das absolute Arbeitstier unter den Fräs- und Drehwerkzeugen.

3. Metallkeramik (Cermet)

Eigenschaften: zwischen Keramik und Hartmetall, Verschleißfestigkeit ist besser als Hartmetall, aber die Zähigkeit ist etwas schlechter.

Geeignet für: Oberflächen- und Ultrafeinbearbeitung von Stahl und Edelstahl, gute Oberflächenqualität.

4. Keramik (Keramik)

Eigenschaften: hohe Härte, hohe Hitzebeständigkeit (kann bei extrem hohen Temperaturen geschnitten werden), jedoch spröde, schlagempfindlich.

Anwendung: Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von Gusseisen und Hochtemperaturlegierungen, hauptsächlich zum Nach- und Halbfertigen.

Kubisches Bornitrid (CBN)

Eigenschaften: Härte nur geringfügig niedriger als bei Diamant, Hohe thermische Stabilität und Verschleißfestigkeit.

Anwendung: Bearbeitung von hochharter Gusseisen (z. B. Bremsscheiben) und gehärtetem Stahl (Härte HRC45 und höher).

6. Diamant (PCD)

Eigenschaften: Diamant (PCD) ist derzeit die härteste Substanz, ausgezeichnete Verschleißfestigkeit, aber Angst vor hohen Temperaturen und Eisen-Elementen.

Anwendung: Hocheffiziente Zerspanung von Nichteisenmetallen (z. B. Aluminium, Kupfer) und nichtmetallischen Werkstoffen (z. B. Kohlefaser, Glasfaser), sehr lange Lebensdauer.

Zusammenfassung: Für die meisten Bearbeitungsszenarien ist Hartmetall die Standard- und vielseitigste Wahl.

III. Beschichtungstechnologie – die „ Ultimative Rüstung ” für Schneidwerkzeuge

Beschichtungen können die Leistung von Hartmetallwerkzeugen erheblich steigern, indem sie die Oberfläche des Werkzeugs mit einem ultraharten, hitzebeständigen Film von wenigen Mikron beschichten, der Folgendes bewirkt:

Härte und Verschleißfestigkeit erhöhen

Reduziert den Reibungskoeffizienten und verringert Spannblasen

Reibungskoeffizienten reduzieren und Chiplash verringern; Wärmebeständigkeit verbessern, um höhere Geschwindigkeiten zu ermöglichen

Gängige Beschichtungstypen:

TiN (Titannitrid): Goldgelb, Allzweckbeschichtung, kostengünstig.

TiCN (Titancarbidnitrid): Blaugrau, härter und verschleißfester als TiN, gute Zähigkeit, geeignet für die allgemeine spanende Bearbeitung von Edelstahl- und Stahlteilen.

TiAlN (Titanium-Aluminium-Nitrid) / AlTiN (Titanium-Aluminium-Nitrid): Violett-schwarz / schwarz. Eine der wichtigsten und vielseitigsten Beschichtungen für die moderne Zerspanung. Sie bildet während des Schneidens eine schützende Schicht aus Aluminiumoxid und ist besonders widerstandsfähig gegen hohe Temperaturen, wodurch sie ideal für Hochgeschwindigkeitsbearbeitungen, Trockenschneiden oder das Bearbeiten harter Materialien (Stahl, Gusseisen, Edelstahl) geeignet ist.

CrN (Chromnitrid): Silbergrau, mit guten Anti-Haft-Eigenschaften, ideal für die Zerspanung von Aluminium, Kupfer, Titanlegierungen und Edelstahl, die dazu neigen, am Werkzeug zu haften.

Diamant: Ähnliche Leistung wie PCD, wird hauptsächlich zum Bearbeiten von Nichteisen- und nichtmetallischen Werkstoffen verwendet, lange Lebensdauer.

Auswahlmnemonic:

Verarbeitung von Stahl, Edelstahl, Gusseisen → Bevorzugte Beschichtungen auf TiAlN-Basis (z. B. AlTiN).

Weiche Metalle wie Aluminium und Kupfer → bevorzugen unbeschichtete, CrN- oder Diamantbeschichtungen.

Allzweckbearbeitung für Kosteneffizienz → TiCN oder TiN.

IV. Werkzeughalter und Schnittstellen - die „ Brücke ” zwischen Präzision und Stabilität.

Der Werkzeughalter verbindet die Werkzeugmaschine mit der Schneidkante, und seine Präzision und Steifigkeit bestimmen direkt die Bearbeitungsergebnisse.

1. Fräser-Schaftarten:

JT (Gerade) / Weldon (seitlich fixiert): Wirtschaftlich und vielseitig, jedoch mit durchschnittlicher Präzision und dynamischem Ausgleich, geeignet für langsames, anspruchsloses Bearbeiten.

Wärmeschrumpf: Hohe Spannpräzision, hohe Steifigkeit und ausgezeichnete dynamische Ausgewogenheit – die erste Wahl für modernes Hochgeschwindigkeitsfräsen.

Hydraulische Schäfte: Hohe Spanngenauigkeit und Vibrationsdämpfung, ideal für die Nachbearbeitung und Tieflochbearbeitung.

Fräsköpfeinsätze: Dienen zur Montage von wendbaren Schneidplatten, zeichnen sich durch höchste Steifigkeit aus und werden zum Fräsen großer平面 Flächen eingesetzt.

2. Drehwerkzeugsystem:

Schweißart-Drehwerkzeug: Wirtschaftlich, aber die Einsätze sind nicht austauschbar und werden schrittweise ausgemustert.

Klemmbares Indexierdrehwerkzeug: der absolute Mainstream. Die Wendeschneidplatten werden am Werkzeughalter durch Schrauben befestigt, und die Platten können nach Verschleiß indexiert oder ausgetauscht werden, was wirtschaftlich und effizient ist. Die Auswahl muss zur Klemmmethode des Werkzeughalters (z. B. Hebeltyp, Schraubentyp) sowie zum Nuttyp der Wendeschneidplatten passen.

3. Wichtige Kriterien: HSK vs BT

BT-Spannfutter: der Standard für konventionelle Bearbeitungszentren, mit einem 7:24-Kegel, kostengünstig.

HSK-Schäfte: Hohles, kurzes Konusdesign, hohe Schnelligkeit, höhere Spannsteifigkeit und Genauigkeit – ideal für moderne Hochgeschwindigkeitsmaschinen.

Auswahlhinweis: Wo es das Budget zulässt, ist die Investition in einen guten Werkzeughalter (wie beispielsweise Schrumpf- oder HSK-Halter) unerlässlich, um die Qualität der Bearbeitung und die Lebensdauer teurer eingesetzter Werkzeuge zu verbessern.

Schnell-Checkliste und Zusammenfassung zur Werkzeugauswahl

Zu bearbeitende Materialien Empfohlene Werkzeugmaterialien Empfohlene Beschichtungen Hinweise

Stahl (P) Wolframcarbid TiAlN, TiCN-Einsatzflöten entsprechend Schrupp- bzw. Schlichtbearbeitungen

Edelstahl (M) Hartmetall TiAlN, TiCN Hält scharfe Kanten, gewährleistet die Spanabfuhr

Gusseisen (K) Hartmetall, CBN TiAlN, TiCN Achtung auf Verschleißfestigkeit, Trockenschneiden oder Spuren von Öldampf

Aluminium/Kupfer (N) Hartmetall, PCD unbeschichtet, CrN, Diamant Großer Spanformer zur Vermeidung von Verkleben der Werkzeuge

Hochtemperaturlegierungen (S) Spezialkarbide, Keramiken TiAlN Niedrige Drehzahl, große Vorschubgeschwindigkeit, gewährleisten Kühlung

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