Das richtige Werkzeug wählen: HSS vs. Hartmetall für Präzisionszerspanung

Wenn Ihr Betrieb in die hochpräzise Zerspanung expandiert, ist es vielleicht an der Zeit, Ihre HSS-Schneidwerkzeuge gegen Vollhartmetallbohrer, Reibahlen und Bohrstangen zu tauschen. Hier ist der Grund.

Für HSS-Spiralbohrer (Jobber-Länge) und Spannreibahlen gibt es im Maschinenbau einen Platz – aber wahrscheinlich nicht an modernen CNC-Drehmaschinen und Bearbeitungszentren.

Diese Schneidwerkzeuge bleiben wegen ihrer Zähigkeit und niedrigen Kosten beliebt. Wer jedoch Durchsatz maximieren will, wird mit Werkzeugen besser bedient, die für moderne Maschinenschneidwerkzeuge ausgelegt sind – nicht für Drehautomaten, Kniemühlen und Futterdrehmaschinen, die vor 1950 erfunden wurden, sagt Aaron Schade, Program Manager für Kennametal Inc.'s Knowledge Center Americas.

Das liegt daran: HSS-Jobberbohrer laufen aus. Sie haben keine Innenkühlung, was massives Spänen und verkürzte Standzeit bedeutet. Sie sind zudem mindestens viermal langsamer als Hartmetallbohrer.

HSS-Werkzeuge funktionieren gut für Handanwendungen, Prototypen- und Reparaturarbeiten und wo Bohrungsqualität nicht kritisch ist. Aber sie an einer relativ neuen CNC einzusetzen, ist, als würde man billige Weißwandreifen auf einen Sportwagen montieren.

Dasselbe gilt für HSS-Reibahlen. Zwar kann man sie stark vorschieben, aber sie liefern Oberflächengüten und Produktionsraten weit unter ihren Hartmetall-Pendants.

Warum der Wechsel zu Hartmetallbohrern und -reibahlen Sinn macht

Warum setzen dann nicht mehr Betriebe Hartmetall-Jobberbohrer und -reibahlen ein? Der Hauptgrund, so Schade, ist simpel: Hersteller verfallen allzu oft in die „So haben wir es immer gemacht“-Mentalität.

Wenn etwas funktioniert, gibt es oft keinen Anreiz zur Änderung, selbst wenn diese sowohl für Geschwindigkeit als auch Produktqualität Sinn ergeben würde, sagt er.

„Ein Auftrag kommt rein, die Leute in der Werkstatt finden raus, wie man ihn fertigt, und dann lassen sie es so, weil: ‚Okay, wir haben es hinbekommen. Nächster Auftrag.‘“, sagt Schade. „In diese Routine zu verfallen ist leicht, weshalb Kennametal so viel Zeit darauf verwendet, Fortschritte in der Werkzeugtechnologie bekannt zu machen.“

Zu diesen Fortschritten gehören Vollhartmetallbohrer. Bei Kennametal zählen dazu Universal-GOdrill-Mikrobohrer und Hochleistungs-SGL-Bohrer.

Beide Werkzeugserien haben Durchmesser bis 20 mm (0,787 Zoll), Innenkühlung und weitere Fortschritte, die HSS-Bohrer nicht bieten.

GOdrill-Mikrobohrer in Aktion:

Je nach Werkstückmaterial, Spannmethode, Steifigkeit der Ausrüstung etc. können Vollhartmetallbohrer Toleranzen im Bereich weniger Hundertstel Millimeter halten und Oberflächengüten erreichen, die Reiben oder Bohren überflüssig machen.

„Genauigkeit zu quantifizieren ist schwierig, weil jede Anwendung anders ist“, sagt Joe Slusarcyk, Senior Engineer in Kennametals Global Machining Technology Group. „Aber bei gutem Setup und minimalem Werkzeugrundlauf ist Bohrungsgüte IT8 mit einem Vollhartmetallbohrer sicher erreichbar. Statt zu sagen ‚kommt drauf an‘, wenn man nach erreichbarer Toleranz fragt, rate ich immer: Probieren Sie es aus – Sie werden wahrscheinlich begeistert sein von den Ergebnissen.“

Jenseits dieses Größenbereichs gibt es modulare, wechselbare Spitzenbohrer wie Kennametals KenTIP FS, verfügbar in Durchmessern von 6 bis 26 mm (0,236 bis 1,023 Zoll) und Tiefen bis 12xD. Zwar kann die Bohrgenauigkeit bei modularen Bohrern geringer sein als bei Vollhartmetall, sie ist dennoch überlegen gegenüber HSS-Bohrern – zu einem Preis, den die meisten Betriebe stemmen können.

Vielleicht noch wichtiger: Die höhere Leistung dieser Werkzeuge und die Möglichkeit, Spitzen schnell zu wechseln, sind ein starkes Argument, HSS-Jobber, Silver-and-Deming- und Morsekegelbohrer ins Regal zu stellen.

Was Hartmetall beim Reiben und Bohren liefert

Wo lässt das das Reiben? Und was ist mit dem anderen Verb in diesem Artikeltitel: Bohren (hier: Ausbohren/Aufbohren)? Wenn ein Auftrag höhere Bohrungsqualität erfordert, als ein Hartmetallbohrer liefern kann, könnte eine Vollhartmetallreibahle der nächste logische Schritt sein.

„Im Großen und Ganzen sind Leute, die Bohrungen machen, auf Durchmesser und Oberflächengüte fokussiert, und Reibahlen machen in beiden Punkten einen großartigen Job“, sagt Schade. „Wenn Sie ein höheres Maß an Zylindrizität, Geradheit und Positionierung suchen, ist Ausbohren die bessere Option – auf Kosten längerer Zykluszeiten.“

Keith Hoover, Lead Applications Engineer bei Kennametal, stimmt zu. „Eine Reibahle ist ein mehrschneidiges Bohrungsfinishwerkzeug, was typischerweise eine Produktivitätssteigerung um das 4- bis 10-fache gegenüber Ausbohren bedeutet – je nach Schneidenzahl“, sagt er. „Die Kehrseite: Ein Ausbohrwerkzeug bietet größere Flexibilität in der Maßkontrolle und kann mehrere Durchmesser schneiden. Reibahlen können das auch, aber es erfordert ein kundenspezifisches, mehrstufiges Werkzeug.“

Hartmetall dominiert auch hier. Kennametal und andere Werkzeughersteller bieten diverse Vollhartmetallreibahlen-Geometrien – viele mit Innenkühlung –, sodass es schlicht keinen Grund gibt, Zykluszeit zu opfern, um ein paar Dollar zu sparen.

Für größere Durchmesser gibt es auch modulare Optionen, darunter Kennametals RHR-Scheibenreibahlen.

In Fällen, wo Ausbohren nötig ist, empfehlen alle drei Experten einen Blick auf Kennametals DeVibrator abstimmbare Bohrstangen. Die Serie bietet wechselbare Bohrköpfe, Innenkühlung und die Fähigkeit, Vibrationen bei Überhangverhältnissen bis 14xD zu dämpfen.

Lassen Sie die Späne nicht fliegen, wo sie wollen. Lesen Sie stattdessen unsere „8 Vital Tips to Improve Chip Control When Drilling.“

Kritische Rolle der Werkzeughalter beim Bohren, Reiben und Ausbohren

Trotz der vielen Vorteile moderner Bohrer, Reibahlen und Ausbohrwerkzeuge warnt Hoover: Sie sind vielleicht nicht für jeden geeignet.

„Wenn Sie einen unserer Bohrer in einer ER-Spannzange oder einem Weldon-Schaft-Werkzeughalter fahren, werden Sie wahrscheinlich nicht die Standzeit oder Bohrungsqualität sehen, die Sie mit einem Hydraulikspannfutter erzielen würden“, sagt er. „Eine ähnliche Situation besteht bei Reibwerkzeugen, weshalb ein Schwimmhalter oder ein steuerbares Hydraulikspannfutter nötig sein könnte, um den Rundlauf so weit wie möglich zu reduzieren.“

Maschineneinstellung, Werkzeughalter und Adapter müssen dem Kaliber der extrem hochleistungsfähigen Hartmetallbohr- und Reibprodukte entsprechen, die Hersteller heute produzieren, sagt Slusarcyk.

„Wenn diese Werkzeuge nicht in hochleistungsfähigen Adaptern sitzen, die Maschine verschlissen ist oder das Setup weniger steif, werden sie nie die Vorteile erreichen, die sie sonst hätten“, sagt er. „Doch selbst ein Universal-Hartmetall wird HSS in praktisch allen CNC-Anwendungen übertreffen – unabhängig vom Halter.“

Ist Ihr Betrieb auf Vollhartmetall umgestiegen? Wie entscheiden Sie, wann HSS-Werkzeuge und wann Hochleistungswerkzeuge zum Einsatz kommen?