Werkzeugstahl ist oft einer der härtesten, wenn Ingenieure mit harten Materialien arbeiten. Seine Härte kann Schneidwerkzeuge schnell verschleißen, die Bearbeitung verlangsamen und bei unsachgemäßer Handhabung die Kosten erhöhen. Dennoch ist die Bearbeitung von Stahlwerkzeugen nicht unmöglich. Mit der richtigen Einrichtung und den richtigen Techniken ist sie viel leichter zu bewältigen. Projekte können im Zeitplan bleiben, und die Teile können die geforderte Qualität erfüllen.
In diesem Beitrag befassen wir uns damit, wie sich Werkzeugstahl bei der Bearbeitung verhält, warum dies für die Produktion von Bedeutung ist und welche bewährten Verfahren Profis anwenden, um zuverlässige Ergebnisse zu erzielen.
Was ist die Bearbeitung von Werkzeugstahl?
Die Bearbeitung von Werkzeugstahl bedeutet das Schneiden, Bohren oder Formen von Werkzeugstahl zu einem bestimmten Teil. Dies kann mit CNC-Maschinen oder von Hand geschehen. Werkzeugstahl ist ein Kohlenstoff- und legierter Stahl, der sehr hart und verschleißfest ist. Er kann auch eine scharfe Kante behalten. Zu den gängigen Sorten gehören D2, O1, A2 und M2.
Da Werkzeugstahl härter ist als die meisten Metalle, ist seine Bearbeitung nicht einfach. Schneidewerkzeuge verschleißen schneller, und es kommt schnell zu einer Hitzeentwicklung. Um diese Probleme zu verringern, verwenden Zerspaner Hartmetall oder beschichtete Werkzeuge. Sie passen die Vorschubgeschwindigkeit und die Spindeldrehzahl an, um die Hitze zu kontrollieren und die Reibung zu verringern.
Arten von Werkzeugstahl
Die Auswahl der Werkzeugstähle richtet sich nach der Aufgabe, die sie erfüllen sollen. Jede Sorte hat ihre eigene Mischung aus Festigkeit, Zähigkeit, Verschleißfestigkeit und leichter Bearbeitbarkeit. Nachstehend sind die gängigsten Sorten und ihre Verwendungszwecke aufgeführt.
Werkzeugstahl D2
D2 ist ein lufthärtender Stahl mit hohem Kohlenstoff- und Chromgehalt. Er hat eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und behält lange Zeit eine scharfe Kante, wodurch er sich für Matrizen, Scherenmesser und Stempel eignet. Die Bearbeitung von D2 ist jedoch aufgrund seiner Härte eine Herausforderung. Er erfordert langsamere Schnittgeschwindigkeiten und stabile Aufspannungen.
Werkzeugstahl A2
A2 ist ebenfalls ein lufthärtender Stahl. Er bietet ein gutes Gleichgewicht zwischen Zähigkeit und Verschleißfestigkeit. Im Vergleich zu D2 ist er leichter zu bearbeiten und bei der Wärmebehandlung stabiler. A2 wird häufig für Formwerkzeuge, Lehren und Messer verwendet.
Werkzeugstahl S7
S7 ist als stoßfester Werkzeugstahl bekannt. Er hat eine sehr hohe Schlagzähigkeit bei mäßiger Verschleißfestigkeit und eignet sich daher ideal für Meißel, Stempel und Werkzeuge, die starke Stöße aushalten müssen. S7-Maschinen sind einfacher zu bedienen als D2-Maschinen und können auf höhere Härtegrade wärmebehandelt werden, ohne an Zähigkeit zu verlieren.
Werkzeugstahl O1
O1 ist ein ölhärtender Werkzeugstahl, der für seine stabile Größe beim Härten geschätzt wird. Er ist leichter zu bearbeiten als die meisten anderen Werkzeugstähle, weshalb er häufig von Anfängern gewählt wird. O1 wird häufig für Matrizen, Gussformen und Präzisionsteile verwendet.
Werkzeugstahl M2
M2 ist ein Hochgeschwindigkeitsstahl, der seine Härte auch bei hohen Temperaturen beibehält, weshalb er für Schneidwerkzeuge wie Bohrer, Schaftfräser und Gewindebohrer verwendet wird. M2 ist jedoch schwierig zu bearbeiten und erfordert in der Regel beschichtete Hartmetallwerkzeuge oder Schleifen wenn eine hohe Genauigkeit erforderlich ist.
Werkzeugstahl A3
A3 ist weniger verbreitet, wird aber immer noch für allgemeine Anwendungen verwendet. Es bietet eine gute Bearbeitbarkeit und eine gute Verschleißfestigkeit. A3 wird häufig für Werkzeuge gewählt, die eine mittlere Härte und Zähigkeit erfordern, wie Stempel und Matrizen für weichere Materialien.
Materialeigenschaften, die sich auf die Bearbeitung auswirken
Werkzeugstahl ist stark und haltbar, aber diese Eigenschaften machen ihn schwieriger zu bearbeiten. Seine Härte, Zähigkeit und Verschleißfestigkeit wirken sich auf die Leistung der Schneidwerkzeuge aus. Nachstehend sind die wichtigsten Eigenschaften aufgeführt, die sich auf die Bearbeitung auswirken.
Härte und Zähigkeit
Werkzeugstahl ist sehr hart, wodurch er beim Schneiden und Formen von Werkzeugen länger hält. Allerdings führt eine hohe Härte auch zu einem schnelleren Verschleiß der Schneidwerkzeuge. Um Werkzeugstahl zu bearbeiten, müssen die Schneidwerkzeuge stärker sein als das Werkstück. Aus diesem Grund werden häufig Werkzeuge aus Hartmetall verwendet.
Die Zähigkeit ist die Fähigkeit von Stahl, Energie zu absorbieren, ohne zu brechen. Eine zähe Werkzeugstahlsorte widersteht Rissen oder Abplatzungen und ist daher schwerer zu schneiden. Zerspanungsmechaniker müssen bei der Auswahl des richtigen Werkzeugstahls Härte und Zähigkeit gegeneinander abwägen.
Abriebfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit
Werkzeugstahl ist sehr verschleißfest, weshalb er in Stempeln, Matrizen und Schneidwerkzeugen, die ständiger Reibung ausgesetzt sind, so gut funktioniert. Die gleiche Eigenschaft macht die Bearbeitung jedoch langsamer und anspruchsvoller. Die Schneidkanten nutzen sich schneller ab, was zu mehr Werkzeugwechseln und höheren Kosten führt.
Eine weitere Herausforderung ist die schlechte Wärmeleitfähigkeit des Materials. Die Wärme bleibt in der Schneidzone, anstatt sich durch das Material fortzubewegen. Dies führt dazu, dass die Schneidkante schnell weich und stumpf wird. Kühlmittel, langsamere Geschwindigkeiten und angemessene Vorschubgeschwindigkeiten helfen, die Wärme zu kontrollieren und die Lebensdauer des Werkzeugs zu verlängern.
Wärmebehandlung und ihr Einfluss auf die Bearbeitbarkeit
Die meisten Werkzeugstähle sind wärmebehandelt um die Härte und Verschleißfestigkeit zu verbessern. Einmal gehärtet, sind sie jedoch viel schwieriger zu bearbeiten. Vorgehärtete Stähle erfordern starke Schneidwerkzeuge und eine strenge Kontrolle der Bearbeitungsparameter.
Manche Betriebe bevorzugen Werkzeugstahl im geglühten (erweichten) Zustand und härten ihn später. Dies verringert den Werkzeugverschleiß und verkürzt die Zykluszeit. Für hochpräzise Arbeiten wird nach der Wärmebehandlung häufig hartgedreht oder geschliffen. In jedem Fall hat der Wärmebehandlungsprozess erhebliche Auswirkungen darauf, wie Werkzeugstahl geschnitten und bearbeitet werden kann.
Überlegungen vor der Bearbeitung
Die Bearbeitung von Werkzeugstahl ist einfacher, wenn vor Beginn der Bearbeitung die richtigen Schritte unternommen werden. Eine gute Vorbereitung verringert den Werkzeugverschleiß, verbessert die Genauigkeit und verhindert Zeitverluste.
Auswahl der richtigen Werkzeugstahlsorte
Verschiedene Sorten dienen unterschiedlichen Zwecken. Sorten wie D2 oder M2 werden häufig für hohe Verschleißfestigkeit gewählt. Wenn das Teil starken Stößen ausgesetzt ist, ist S7 besser. Wenn die Zerspanbarkeit im Vordergrund steht, wird häufig O1 oder A2 verwendet.
Es ist auch wichtig, die Wärmebehandlung zu berücksichtigen. Einige Projekte erfordern Stahl, der sich im geglühten Zustand leicht bearbeiten lässt, während andere Stahl benötigen, der beim Härten stabil bleibt. Bei der Wahl der richtigen Stahlsorte müssen die Funktion des Teils und die Bearbeitungsgrenzen der Werkstatt berücksichtigt werden.
Vorbereiten des Werkstücks
Das Ausgangsmaterial sollte sauber, eben und richtig dimensioniert sein. Raue Kanten und Oberflächenzunder sollten vor der Bearbeitung entfernt werden. Dies verhindert Werkzeugbeschädigungen und sorgt für glattere Schnitte.
Wenn das Material verzogen oder ungleichmäßig ist, kann der Spanndruck es während der Bearbeitung verbiegen, was zu Fehlern im fertigen Teil führt. Prüfen Sie das Material sorgfältig, bevor Sie es einspannen. Bei mehrstufigen Aufträgen hilft die Markierung von Bezugskanten, die Ausrichtung konstant zu halten.
Spannungsarmglühen und Wärmebehandlung vor der Bearbeitung
Werkzeugstahl weist häufig innere Spannungen auf, die durch das Walzen oder eine frühere Bearbeitung entstanden sind. Diese Spannungen können dazu führen, dass sich das Teil beim Schneiden verschiebt. Die Spannungsarmglühung hilft, dieses Problem zu verringern.
Diese Behandlung wird bei niedrigeren Temperaturen als das Härten durchgeführt. Sie macht den Stahl stabiler, ohne dass er an Zähigkeit verliert. Bei einigen Stahlsorten ist die Bearbeitung nach Glühen ist die beste Vorgehensweise. Das Teil kann dann gehärtet und später auf Maß gefertigt werden. Diese Reihenfolge verringert den Verzug und macht den Prozess berechenbarer.
Auswahl von Schneidwerkzeugen für Werkzeugstahl
Das von Ihnen gewählte Schneidwerkzeug hat einen großen Einfluss auf die Bearbeitung von Werkzeugstahl. Es beeinflusst die Lebensdauer des Werkzeugs, die Oberflächengüte und die Gesamteffizienz. Die Verwendung des richtigen Werkzeugs hilft, Ausfallzeiten zu vermeiden und Kosten zu senken.
Hartmetall-Werkzeuge
Hartmetallwerkzeuge sind der Standard für die Bearbeitung von Stahlwerkzeugen. Sie bleiben länger scharf als andere Werkzeugtypen und können mit höheren Schnittgeschwindigkeiten arbeiten, was sie zur besten Option für gehärtete Werkzeugstähle und hochvolumige Aufträge macht.
Da Hartmetall spröde ist, sind starre Aufbauten mit minimalen Vibrationen erforderlich. Eine stabile Maschine und eine feste Einspannung sind unerlässlich. Kühlmittel ist ebenfalls wichtig; es hilft, die Hitze zu kontrollieren und verlängert die Lebensdauer der Werkzeuge.
Hochgeschwindigkeitsstahl-Werkzeuge
Werkzeuge aus Schnellarbeitsstahl (HSS) sind preiswerter und zäher als Hartmetall. Sie können hohen Belastungen standhalten, ohne zu brechen, was sie für die manuelle Bearbeitung, kleine Serien oder das Schruppen von weicherem, geglühtem Werkzeugstahl nützlich macht.
Der Nachteil ist die kürzere Standzeit der Werkzeuge. HSS kann nicht mit den Schnittgeschwindigkeiten oder der Haltbarkeit von Hartmetall mithalten, insbesondere bei der Bearbeitung von gehärteten Stählen. Es eignet sich am besten, wenn es nicht auf Präzision ankommt oder niedrige Kosten eine Priorität sind.
Beschichtete Werkzeuge und ihre Vorteile
Werkzeugbeschichtungen sorgen für eine weitere Leistungsschicht. Zu den gängigen Beschichtungen gehören Titannitrid (TiN), Titancarbonitrid (TiCN) und Aluminiumtitannitrid (AlTiN).
Diese Beschichtungen verringern die Reibung, sind hitzebeständig und verbessern die Verschleißfestigkeit. Sie helfen den Werkzeugen, glatter zu schneiden, länger zu halten und bessere Oberflächengüten zu erzeugen. Beschichtete Hartmetallwerkzeuge sind oft die beste Wahl für zähe Werkzeugstähle. Der Beschichtungstyp sollte auf die Bearbeitungsgeschwindigkeit, das Werkzeugmaterial und das verwendete Kühlmittel abgestimmt sein.
Vorteile der Bearbeitung von Werkzeugstahl
Die Bearbeitung von Werkzeugstahl bietet mehrere Vorteile, die den Herstellern helfen, zuverlässige und langlebige Komponenten herzustellen. Die richtige Einrichtung bietet sowohl Festigkeit als auch Genauigkeit in einem Prozess.
Dauerhaftigkeit
Teile aus Werkzeugstahl haben eine lange Lebensdauer. Einmal bearbeitet und wärmebehandelt, sind sie verschleiß-, stoß- und verformungsfest. Das macht sie ideal für Matrizen, Schneidwerkzeuge und Formen, die Tausende von Zyklen durchlaufen, ohne zu versagen. Durch die maschinelle Bearbeitung werden die Teile so geformt, dass sie einer starken Beanspruchung standhalten.
Präzision
Werkzeugstahl hält enge Toleranzen ein. Wenn er richtig bearbeitet wird, liefert er saubere, genaue Abmessungen. Dies ist entscheidend für Teile wie Stempel, Formwerkzeuge und Vorrichtungen, die genau passen müssen. Ein stabiles Materialverhalten verhindert Verschiebungen oder Verformungen während der Bearbeitung, was zu gleichmäßigen Ergebnissen führt.
Vielseitigkeit
Werkzeugstahl gibt es in vielen Qualitäten, jede mit einzigartigen Stärken. Ganz gleich, ob die Aufgabe Härte, Zähigkeit oder Temperaturbeständigkeit erfordert, es gibt eine passende Sorte. Das macht Werkzeugstahl zu einer guten Wahl für viele Branchen - von der Automobilindustrie über die Luft- und Raumfahrt bis hin zum Formenbau.
Gute Bearbeitbarkeit
Einige Werkzeugstähle, wie O1 und A2, sind gut zerspanbar. Wenn sie geglüht sind, schneiden sie glatt und ermöglichen eine schnelle Schruppbearbeitung. Andere erfordern vielleicht mehr Aufwand, aber auch gehärteter Stahl kann mit den richtigen Werkzeugen und Vorschüben präzise bearbeitet werden. Eine gute Zerspanbarkeit verkürzt die Zykluszeit und senkt die Werkzeugkosten.
Industrielle Anwendungen von bearbeitetem Werkzeugstahl
Werkzeugstahl wird in Branchen verwendet, in denen hohe Festigkeit, Verschleißfestigkeit und Genauigkeit gefragt sind. Seine Leistungsfähigkeit unter Belastung macht ihn zu einem bewährten Werkstoff in vielen Bereichen.
Luft- und Raumfahrt
In der Luft- und Raumfahrt wird Werkzeugstahl für Vorrichtungen, Halterungen und Formwerkzeuge verwendet. Diese Teile müssen auch bei starker Beanspruchung präzise bleiben. Werkzeugstahl behält seine Form und Größe auch bei wiederholter Beanspruchung gut bei. Er wird auch für Hochgeschwindigkeitsschneidwerkzeuge für Flugzeugkomponenten verwendet.
Automobilindustrie
Automobilteile müssen Verschleiß, Stößen und Hitze standhalten. Werkzeugstahl wird häufig für die Herstellung von Stanzwerkzeugen und Stempeln sowie für die Formung von Werkzeugen für Karosserieteile und Teile des Antriebsstrangs verwendet. Diese Werkzeuge müssen schnell laufen und über lange Produktionszyklen hinweg scharf bleiben, und bearbeiteter Werkzeugstahl bietet diese Leistung.
Formen- und Matrizenbau
Dies ist eine der wichtigsten Anwendungen für Werkzeugstahl. Spritzgussformen, Druckgussformen und Schmiedegesenke sind auf Werkzeugstahl angewiesen, um Hitze, Druck und Abrieb standzuhalten. Güten wie H13, D2 und P20 sind hier üblich. Die bearbeiteten Oberflächen müssen glatt und präzise sein, damit die Formen richtig funktionieren.
Schneidewerkzeuge
Bohrer, Schaftfräser, Räumnadeln und Reibahlen werden häufig aus Werkzeugstahl hergestellt. Hochgeschwindigkeitsstahl (wie M2) ermöglicht es diesen Werkzeugen, auch bei Hitze zu schneiden. Die Bearbeitung dieser Werkzeuge erfordert Präzision und eine sorgfältige Wärmekontrolle. Ein gut bearbeitetes Schneidwerkzeug hält länger und kann besser belastet werden.
Bewährte Praktiken für die Bearbeitung von Werkzeugstahl
Die Bearbeitung von Werkzeugstahl ist anspruchsvoll, aber mit den richtigen Gewohnheiten lässt sie sich besser bewältigen. Indem sie sich auf den Zustand des Werkzeugs, die Wärmekontrolle und die Schnittgeschwindigkeiten konzentrieren, können Zerspaner die Genauigkeit, die Oberflächenqualität und die Werkzeugstandzeit verbessern.
Scharfe Werkzeuge verwenden
Beginnen Sie jede Arbeit mit scharfen Schneidkanten. Ein stumpfes Werkzeug erzeugt mehr Reibung, erzeugt Hitze und nutzt sich schnell ab. Außerdem kann es schlechte Oberflächen hinterlassen und Maßfehler verursachen. Scharfe Werkzeuge schneiden gleichmäßiger, wodurch die Kraft der Maschine und des Werkstücks verringert wird.
Überprüfen Sie die Werkzeuge während der Bearbeitung regelmäßig. Tauschen Sie sie aus oder schleifen Sie sie nach, bevor der Verschleiß zu groß wird. Bei Hochpräzisionsteilen kann selbst geringer Werkzeugverschleiß die Toleranzen beeinträchtigen.
Kontrolle Wärme
Werkzeugstahl speichert die Wärme an der Schneidkante, anstatt sie über das Werkstück zu verteilen. Dies macht die Wärmekontrolle zu einer der größten Herausforderungen. Kühlmittel- oder Luftstöße helfen, die Späne zu entfernen und die Temperatur an der Werkzeugspitze zu senken.
Übermäßige Hitze kann zu Werkzeugbruch, Verformung der Teile oder Verbrennungen der Oberfläche führen. Bei Hartmetallwerkzeugen und Hochgeschwindigkeitsbearbeitungen funktioniert die Trockenbearbeitung mit starkem Luftstrom oft besser. Bei langsameren Bearbeitungen führt Flutkühlmittel die Wärme effektiver ab.
Geschwindigkeiten optimieren
Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe sollten auf das Werkzeug und die Stahlsorte abgestimmt sein. Zu hohe Schnittgeschwindigkeiten führen zu Überhitzung und verkürzen die Lebensdauer des Werkzeugs. Zu langsames Arbeiten verschwendet Zeit und kann zum Reiben statt zum Schneiden führen.
Verlassen Sie sich auf die Tabellen der Werkzeughersteller, um einen Ausgangspunkt zu finden. Niedrigere Drehzahlen sind am besten für gehärtete oder wärmebehandelte Werkzeugstähle geeignet. Erhöhen Sie die Geschwindigkeit nur, wenn die Einrichtung stabil ist und der Schnitt sauber bleibt.
Schlussfolgerung
Die Bearbeitung von Werkzeugstahl erfordert Planung, die richtigen Werkzeuge und eine sorgfältige Kontrolle. Das Material ist stark, aber mit der richtigen Einstellung schneidet es sauber und hält enge Toleranzen ein. Vom Drehen bis zum Schleifen muss jeder Schritt auf die Härte, die Verschleißfestigkeit und das thermische Verhalten des Stahls abgestimmt sein. Die Auswahl der richtigen Sorte, Werkzeuge und Techniken hilft, Werkzeugverschleiß, Überhitzung und Nacharbeit zu vermeiden.
Benötigen Sie Hilfe bei der Bearbeitung von Werkzeugstahlteilen für Ihr nächstes Projekt? Kontakt zu unserem Team-Wir bieten Ihnen auf Ihre Anforderungen zugeschnittene Lösungen für die Präzisionsbearbeitung. Fordern Sie noch heute ein schnelles Angebot und fachkundige Unterstützung an.
Hey, ich bin Kevin Lee
In den letzten 10 Jahren bin ich in verschiedene Formen der Blechbearbeitung eingetaucht und teile hier coole Erkenntnisse aus meinen Erfahrungen in verschiedenen Werkstätten.
Kontakt aufnehmen
Kevin Lee
Ich verfüge über mehr als zehn Jahre Berufserfahrung in der Blechverarbeitung und bin auf Laserschneiden, Biegen, Schweißen und Oberflächenbehandlungstechniken spezialisiert. Als Technischer Direktor bei Shengen bin ich bestrebt, komplexe Fertigungsherausforderungen zu lösen und Innovation und Qualität in jedem Projekt voranzutreiben.
