Die entscheidende Rolle von Sonderwerkzeugen in der Präzisionsbearbeitung

In der Bearbeitung treten oft Situationen auf, die mit Normwerkzeugen nicht lösbar sind – daher ist die Fertigung von Sonderwerkzeugen (Nicht-Normwerkzeugen) essenziell.

Sonderwerkzeuge kommen häufiger beim Fräsen vor – dieser Artikel fokussiert deren Herstellung für Fräsanwendungen.

Normwerkzeuge decken gängige Metall-/Nichtmetallbearbeitung in großem Umfang ab. Bei: überhitzten Werkstücken mit Härteanstieg, Edelstahl (Aufbauschneiden), sehr komplexen Werkstückgeometrien oder hohen Oberflächenanforderungen – versagen Normwerkzeuge. Dann sind gezielte Anpassungen an Werkzeugwerkstoff, Schneidengeometrie, Geometriewinkel nötig. Einteilung: auftragsbezogen (customized) und nicht auftragsbezogen (non-customized).

1. Nicht-auftragsbezogene Sonderwerkzeuge lösen mainly zwei Probleme: Maß und Oberflächenrauheit.

1. Maßprobleme

Normwerkzeug mit ähnlicher Größe wählen, durch Nachschleifen anpassen. Zwei Punkte beachten:

1. Maßdifferenz nicht zu groß – allgemein ≤ 2 mm. Zu große Differenz ändert Nutenprofil → beeinträchtigt Spanraum und Geometriewinkel.
2. Schaftfräser mit Spannnute: Nachschleifen auf konventioneller Maschine, niedrige Kosten. Nutfräser ohne Spannnute: nicht auf konventioneller Maschine möglich → 5-Achs-Schleifmaschine nötig → höhere Kosten.

2. Oberflächenrauheitsprobleme

Durch Änderung der Schneidengeometriewinkel lösbar. Z. B. größere Frei- und Spanwinkel verbessern Rauheit deutlich. Bei unzureichender Maschinensteifigkeit kann Schneide abstumpfen, Rauheit verschlechtern. Komplex – erfordert Analyse der Bearbeitungssituation vor Schlussfolgerung.

2. Auftragsbezogene Sonderwerkzeuge lösen mainly drei Probleme: Sonderform, Sonderfestigkeit/Härte, Sonderliche Spanverträglichkeit/-abfuhr.

1. Werkstück hat besondere Formanforderungen

Z. B. verlängertes Werkzeug, umgekehrte Stirnschneiden, spezielle Konuswinkel, Schaftbauform, Schneidenlängentoleranzen. Wenn Formanforderungen nicht zu komplex: lösbar. Achtung: Sonderwerkzeugfertigung ist anspruchsvoller – Streben nach hoher Präzision. Hohe Präzision = hohe Kosten/Risiko → unnötige Kapazitäts-/Kostenbelastung.

2. Werkstück hat besondere Festigkeits- und Härteanforderungen

Überhitztes Werkstück mit hoher Festigkeit/Härte: Normwerkzeugwerkstoff versagt oder starkes Anhaften. Spezielle Werkzeugwerkstoffe nötig. Lösung: hochwertige Werkzeugwerkstoffe – kobalthaltiger HSS für gehärtete/angelassene Werkstoffe, Qualitätshartmetall für hochharte Materialien, sogar Fräsen statt Schleifen. Spezialfall: Aluminiumbearbeitung – manche superharten Werkzeuge am Markt ungeeignet. Obwohl Aluminium weich/leicht zerspanbar, verursacht Affinität der Al-Elemente bei Hartmetall erhöhten Verschleiß. Für hohe Effizienz: Kobalt-HSS statt Hartmetall.

3. Werkstück hat besondere Anforderungen an Spantoleranz und -abfuhr

Dann weniger Zähne, tieferer Spanraum – aber nur für leicht zerspanbare Materialien (z. B. Aluminiumlegierungen).

Bei Design/Fertigung von Sonderwerkzeugen viele Punkte zu beachten: komplexe Geometrie → bei Wärmebehandlung Verzug, Verformung, lokale Spannungskonzentration → Design vermeiden. Bei spannungskritischen Stellen, großen Durchmesserübergängen: Fase oder Stufendesign.

Schlanke Werkzeuge (großes L/D): während Wärmebehandlung nach jedem Härten/Anlassen richten und prüfen → Verzug und Rundlauf kontrollieren. Werkzeugwerkstoff spröde (besonders Hartmetall) → bei starker Vibration oder hohem Drehmoment Bruch. Oft geringfügig (Werkzeug ersetzbar), aber bei Sonderwerkzeugen: Ersetzbarkeit gering → Bruch verursacht Lieferverzögerung etc. → hoher Schaden für Anwender.