Vergleichsleitfaden: Hochgeschwindigkeitsstahl- und Hartmetall-Schneidwerkzeuge

In der Metallbearbeitung hat die Werkzeugauswahl direkten Einfluss auf die Bearbeitungseffizienz, Präzision und Kosten. Schnellarbeitsstahl (HSS) und Hartmetall sind zwei gängige Werkzeugmaterialien, von denen jedes einzigartige Leistungsvorteile und Anwendungsszenarien bietet. Dieser Artikel bietet einen detaillierten Vergleich von HSS- und Hartmetallwerkzeugen und analysiert ihre Eigenschaften, Anwendungen und optimalen Auswahlkriterien unter verschiedenen Bearbeitungsbedingungen.

Stellen Sie sich vor, Sie stehen vor einer Präzisionsbearbeitungsaufgabe: Sollten Sie erschwingliche, aber potenziell schneller verschleißende HSS-Werkzeuge wählen oder sich für langlebigere, aber teurere Hartmetallwerkzeuge entscheiden? Mehrere Faktoren, darunter Werkzeuggröße, Schnitttiefe, Materialabtragsrate, Werkzeugstandzeit, Zykluszeit und Kosten, machen die Werkzeugauswahl zu einer komplexen Entscheidung. Dieser Artikel wird diese Überlegungen verdeutlichen und professionelle Hinweise zur Werkzeugauswahl geben.

Schnellarbeitsstahl und Hartmetall sind zwei weit verbreitete Materialien für Schneidwerkzeuge, mit erheblichen Unterschieden in Härte, Zähigkeit und Verschleißfestigkeit, die ihre jeweiligen Anwendungen bestimmen.

HSS ist ein hochkohlenstoffhaltiger, hochlegierter Stahl, der Wolfram, Molybdän, Chrom, Vanadium und andere Legierungselemente enthält, die Folgendes bieten:

• Hohe Härte: Behält die Härte bei erhöhten Temperaturen bei (62-66 HRC)
• Ausgezeichnete Zähigkeit: Bessere Schlagfestigkeit als Hartmetall, wodurch die Gefahr von Ausbrüchen verringert wird
• Gute Verschleißfestigkeit: Behält die Schneidleistung über die Zeit bei
• Geringere Kosten: Günstigere Herstellungs- und Werkzeugkosten

Typische HSS-Anwendungen:

• Kleinserienfertigung, hohe Varianz
• Weniger starre Aufbauten (schlechte Werkstückklemmung oder Maschinenstabilität)
• Manuelle oder halbautomatische Operationen

Hartmetall besteht aus Wolframkarbid (WC), Titankarbid (TiC) und Kobaltbinder und bietet:

• Außergewöhnliche Härte: Überlegen gegenüber HSS (88-93 HRA), auch bei hohen Temperaturen
• Hervorragende Verschleißfestigkeit: Behält die Schärfe der Schneidkante länger bei
• Höhere Schnittgeschwindigkeiten: Ermöglicht schnellere Bearbeitungsraten
• Geringere Zähigkeit: Anfälliger für Ausbrüche oder Brüche

Typische Hartmetallanwendungen:

• Großserienfertigung
• Starre Bearbeitungsbedingungen
• Schwer zu bearbeitende Materialien
• Hochgeschwindigkeits-Schneidoperationen

Hartmetallbohrer: Ideal für die Herstellung von Löchern in großen Mengen, bei der höhere Werkzeugkosten durch Produktivitätsgewinne ausgeglichen werden. Unverzichtbar für Tieflochbohrungen (Tiefe > 3× Durchmesser) mit internen Kühlmittelkanälen. Effektiv für Materialien über 70 HRC.

HSS-Bohrer: Bevorzugt für manuelle Operationen, Kleinserienfertigung und CNC-Anwendungen, bei denen die Steifigkeit begrenzt ist. Die bessere Zähigkeit macht sie sicherer für das Bohren von Hand, geschichteten Materialien und tiefen Löchern ohne Innenkühlung.

HSS-Gewindebohrer: Bleiben der Standard für Innengewinde. Pulvermetallurgische HSS-Gewindebohrer (HSS-PM) sind in CNC-Anwendungen in verschiedenen Materialien und Gewindearten immer beliebter. Ihre Zähigkeit macht sie unverzichtbar für Wartung, Reparatur und Betrieb (MRO).

Hartmetall-Gewindebohrer: Durch Sprödigkeit begrenzt, insbesondere in Sacklöchern. Sie zeichnen sich jedoch in bestimmten Anwendungen aus:

• Bearbeitung von gehärtetem Stahl mit Negativ-Spanwinkelgeometrien
• Hochsiliziumhaltiges Aluminium (AlSi) mit abrasiven Eigenschaften
• Durchgangsgewinde in Stählen

Hartmetall-Formgewindebohrer: Ideal für die Großserienfertigung von Aluminiumkomponenten (z. B. Automobil-ADC12), wodurch Schneidkanten vermieden werden, um Ausbrüche zu verhindern.

Hartmetall-Schaftfräser: Dominierend in der modernen Bearbeitung für höhere Materialabtragsraten (MRR). Variable Helix-Designs in Kombination mit CAM-Software dämpfen Vibrationen effektiv. Fortschrittliche Strategien wie Trochoidalfräsen sind heute üblich.

HSS-Fräser: Behalten ihre Relevanz beim manuellen Fräsen, in der Kleinserienfertigung und bei weniger starren Aufbauten.

Traditionelle HSS-Werkzeuge haben geringere Schnittgeschwindigkeiten, aber die HSS-PM-Technologie verringert die Leistungslücke zu Hartmetall. Das Pulvermetallurgieverfahren erzeugt feinere Kornstrukturen, was Folgendes ermöglicht:

• Höhere Härte als herkömmlicher HSS
• Beibehaltene Zähigkeitsvorteile
• Verbesserte Leistung bei harten Materialien

HSS-PM ist besonders wertvoll bei Schruppfräsanwendungen, bei denen ein großer Materialabtrag mit Prozesszuverlässigkeit erforderlich ist—wie z. B. bei der unbeaufsichtigten Übernachtbearbeitung von Luft- und Raumfahrtkomponenten, bei denen Hartmetallwerkzeuge für die Anwendung zu spröde sein könnten.

Die Wahl zwischen HSS und Hartmetall erfordert eine sorgfältige Berücksichtigung mehrerer Faktoren:

• Materialhärte: HSS reicht für weichere Materialien aus; Hartmetall zeichnet sich bei harten Materialien aus
• Produktionsvolumen: HSS für geringe Volumina; Hartmetall für hohe Volumina
• Prozessstabilität: HSS für weniger starre Bedingungen; Hartmetall für stabile Aufbauten
• Werkzeuggeometrie: Passen Sie die Geometrie an Material und Bearbeitung an
• Neue Materialien: Berücksichtigen Sie HSS-PM für eine ausgewogene Leistung

Eine effektive Werkzeugauswahl erfordert das Verständnis sowohl der Materialeigenschaften als auch der spezifischen Bearbeitungsanforderungen, um Produktivität, Kosten und Qualität zu optimieren.