CNC-Werkzeugverschleiß: Ursachen, Arten & Lösungen für längere Standzeiten

Der breite Einsatz von CNC-Fertigungs- und Bearbeitungsmaschinen treibt die Entwicklung der Schneidtechnik voran. Mit dem Aufkommen superwärmebeständiger Legierungen, Verbundwerkstoffe etc. steigen die Qualitätsanforderungen an Schneidwerkzeuge. Leistung und Werkzeugverschleiß werden zum entscheidenden Faktor. Lassen Sie uns Arten und Ursachen des Werkzeugverschleißes analysieren und Lösungen finden.

Ursachen für Werkzeugverschleiß – Einflussfaktoren

Was ist Werkzeugverschleiß? Es ist der allmähliche Ausfall von Schneidwerkzeugen durch regulären Betrieb. Verschiedene Faktoren beschleunigen den Verschleiß.

1) Mechanischer Verschleiß

Die Bearbeitung harter oder schwer zerspanbarer Materialien führt leicht zu schnellem Werkzeugverschleiß. Die meisten schwer zerspanbaren Materialien weisen eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf, wodurch die Bindfestigkeit des Bindemittels im Werkzeugwerkstoff bei hohen Temperaturen abnimmt und der Verschleiß beschleunigt wird.

2) Schneidwärme

Bei der Bearbeitung von Materialien mit hoher Härte und Zähigkeit ist die Temperatur an der Schneide sehr hoch, der Werkzeugverschleiß ähnelt dem bei schwer zerspanbaren Materialien. Besonders bei der Bearbeitung von Werkstoffen, die kurze Späne erzeugen, entsteht Schneidenverschleiß (Krater) nahe der Schneide, was zu Werkzeugbruch in kurzer Zeit führt.

3) Chemischer Verschleiß

Bestandteile des schwer zerspanbaren Materials und des Werkzeugwerkstoffs reagieren unter den hohen Temperaturen beim Schneiden miteinander. Bestandteile fallen aus, lösen sich oder bilden neue Verbindungen, was den Werkzeugverschleiß – wie Schneidenausbrüche – beschleunigt.

Arten des Schneidwerkzeugverschleißes

Hier sind gängige Verschleißbilder beim CNC-Schneiden:

1. Flankeverschleiß (Flank wear): Der mit dem fertig bearbeiteten Werkstück in Kontakt stehende Bereich erodiert.
2. Kraterverschleiß (Crater wear): Die Spannfläche erodiert durch Spankontakt, typischerweise dort, wo die Werkzeugtemperatur am höchsten ist.
3. Kerbenverschleiß (Notch wear): Tritt an sowohl Spann- als auch Freifläche entlang der Schnitttieflinie auf.
4. Aufbauschneide (Built-up edge): Das zu bearbeitende Material lagert sich an der Schneide an; tritt häufig bei weichen Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt auf.
5. Verglasung (Glazing): Tritt oft auf, wenn das freiliegende Schleifkorn stumpf wird.
6. Kantenverschleiß (Edge wear): Außenkante eines Bohrers um die Schneidfläche durch zu hohe Schnittgeschwindigkeit.
7. Kantenverrundung (Edge Rounding): Radiuszunahme der Schneide durch Materialabtrag.

Wie schneller Werkzeugverschleiß verhindert wird – Lösungen

Wie lässt sich Werkzeugverschleiß in der CNC-Bearbeitung reduzieren oder vermeiden? Neben dem Werkzeug selbst sind die Schnittbedingungen ein entscheidender Aspekt.

1) Richtiges Werkzeugmaterial wählen

Legierter Stahl hat hohe Härte und niedrigen Preis, wird oft für niedrige Schnittgeschwindigkeiten und komplexe Formen (Reibahlen, Gewindebohrer, Schneideisen) verwendet. Hochleistungsschnellarbeitsstahl (HSS) hat höhere Härte und Verschleißfestigkeit als legierter Stahl und wird breit für Drehmeißel, Fräser, Bohrer, Stoßwerkzeuge etc. eingesetzt. Hartmetallplatten (VHM) werden meist auf Werkzeugträger gelötet oder geklemmt und sind heute eines der Hauptwerkzeugmaterialien.

2) Spezifische Kühlschmierstoffe einsetzen

Spezielle Kühlschmierstoffe mit schwefelhaltigen EP-Verschleißschutzadditiven schützen das Schneidwerkzeug effektiv und verbessern die Prozessgenauigkeit. Kühlschmierstoffe, die strenge Tests zu Viskosität, Fließpunkt, Wärmeleitfähigkeit etc. bestanden haben, erfüllen diverse Zerspanungsanforderungen. Umweltverträgliche Kühlschmierstoffe bieten gute Stabilität und schaden weder Maschine, Mensch noch Umwelt.

3) Werkzeugleistung berücksichtigen

Leistungsanforderungen an Schneidwerkzeuge umfassen Verschleißfestigkeit, Schlagzähigkeit, Standzeit und mehr. Beschichtungsmaterialien mit guter Hitzebeständigkeit, hoher Härte und Mehrfachbeschichtungstechnologie ermöglichen beschichteten Hartmetallwerkzeugen einen großen Arbeitsbereich und lange Lebensdauer. Zudem sollten Hochgeschwindigkeitswerkzeuge hohe Warmhärte und chemische Stabilität aufweisen.