Zerspanbarkeit (Machinability): Definition, Bewertung, Werkstoffauswahl & Optimierung

Was bedeutet Zerspanbarkeit?

Zerspanbarkeit beschreibt die relative Bearbeitbarkeit eines Werkstoffs beim Spanen (Drehen, Fräsen, Bohren). Gute Zerspanbarkeit =

• Leicht spanbar (geringe Schnittkräfte)
• Geringer Werkzeugverschleiß
• Gute Oberflächenqualität ohne Sondermaßnahmen

„Freischneidend“ (Free Machining) = alle drei Kriterien erfüllt. Kehrseite: Freischneidende Stähle (z. B. 11SMn30) haben oft geringere Festigkeit & Verschleißfestigkeit. Moderne Werkzeugtechnik (Beschichtungen, Geometrien, Kühlung) verbessert Zerspanbarkeit auch bei Hochleistungsmaterialien.

Bewertungsfaktoren & Methoden

Einflussgrößen:

• Werkstoff: Zugfestigkeit, Streckgrenze, Härte, Gefüge, chem. Zusammensetzung
• Werkzeug: Schneidstoff (HSS, HM, CBN, PKD), Geometrie, Beschichtung
• Prozess: Schnittgeschwindigkeit, Vorschub, Schnitttiefe, Kühlschmierung

Bewertungsmethoden:

• Standzeitbasiert (Werkzeugverschleißkurven)
• Energiebasiert (Spezifische Schnittenergie)
• Oberflächenbasiert (Rautiefe, Formabweichung)
• Spanform/Spankontrolle

Vergleichsskalen (Machinability Ratings)

Referenzwerkstoff (z. B. 16MnCr5 oder 11SMn30) = 100 %. Andere Werkstoffe relativ dazu:

• < 100 %: Schwerer zerspanbar
• > 100 %: Freischneidend (z. B. Automatenstähle 150–300 %)
• Aluminiumlegierungen: 200–1000 % (je nach Legierung)
• Thermoplaste: Gut mit Kühlschmierung
• Kautschuk/Elastomere: Nur mit Kryokühlung (flüss. CO₂) spanbar

Verbesserungsstrategien

• Werkstoffseitig: Legierungszusätze (Pb, S, Bi, Te) → Freischneidstähle
• Prozessseitig: Optimierte Kühlschmierung (MMS, Hochdruck, Kryogen), Werkzeugbeschichtung (TiAlN, DLC), adaptive Steuerung
• Konstruktiv: Design for Manufacturing (Vermeidung tiefer Nuten, scharfer Ecken, ungünstiger Spanwinkel)