CNC-Bearbeitung von Stahlteilen: Werkzeugverschleiß und -bruch reduzieren

Warum Werkzeugverschleiß und Werkzeugbruch bei der CNC-Bearbeitung von Stahlteilen auftreten

In einem sechsmonatigen Verbesserungsprogramm bei einem Zulieferer für Schwergeräte, der Gehäuse aus Stahl 4140 bearbeitet:

• Der Einsatz an Wendeschneidplatten sank 38%

• Die Werkzeugbruchalarme gingen zurück 44%

• Die Zykluszeit verbesserte sich 9%

Die Ursachen vor der Optimierung waren:

• Übermäßige Wärme an der Schneidkante

• Unpassende Beschichtung für legierte Stähle

• Unterbrochene Schnitte aufgrund von Schmiedestücken

• Zu große Werkzeughalterüberstände

• Unbeständige Rohmaterialhärte

---

Häufige Werkzeugverschleißmuster beim Stahlfräsen

Die Erkennung der Verschleißart ist der schnellste Weg, die richtige Lösung zu wählen:

---

Wie lässt sich der Werkzeugverschleiß bei der CNC-Bearbeitung von Stahlteilen reduzieren?

---

Schneidgeschwindigkeit an die Stahlsorte anpassen

Verschiedene Stähle erfordern unterschiedliche Schnittgeschwindigkeiten:

Ergebnis in der Werkstatt:
Die Reduzierung der Vc von 195 → 165 m/min bei 4140 erhöhte die Einsatzdauer des Schneidplattens um 35%.

---

Die richtige Beschichtung und der richtige Untergrund wählen

• AlTiN / TiAlN → Hohe Temperatur, trocken / MQL

• TiCN-Mehrschicht → Unterbrochene Schnitte

• Zäher Mikrokorn-Hartmetall → Schwingungsanfällige Aufspannungen

Vermeiden Sie DLC-Werkzeuge mit ausschließlichem Aluminiumanteil – sie versagen bei Stahl schnell.

---

Verbessern Sie die Spanabfuhr

Schlechte Spankontrolle beschleunigt den Verschleiß.

Bewährte Lösungen:

• Hochdruckkühlschmierstoff (50–80 bar)

• Spanbrechergeometrien

• Erhöhen Sie den Vorschub um 6–10 %, um die Spanstärke zu erhöhen

• Bohrer/Schaftfräser mit Innendurchflutung

---

So vermeiden Sie Werkzeugbruch bei der Stahl-CNC-Bearbeitung

Bruch tritt meist auf durch überlastung oder Vibration , nicht durch schleichenden Verschleiß.

---

Verkürzen und verstärken Sie die Werkzeugaufnahmen

• Halten Sie den Überstand unter das 4-fache Werkzeugdurchmesser

• Verwenden Sie hydraulische oder Schrumpfaufnahmen

• Wechseln Sie zu gedämpften Bohrstangen für tiefe Innenbearbeitungen

Gemessene Verbesserung: Laufgenauigkeit sank von 6 µm auf 2 µm.

---

Verringern Sie den radialen Eingriff

Hochwirksames Fräsen stabilisiert die Belastungen:

• 10–20 % Überschneidung

• Tiefe axiale Schnitte

• Trochoidale Werkzeugbahnen

Dies reduziert die Spitzen der Schnittkräfte um 40%bei geschmiedeten Rohlingen.

---

Belastung überwachen und Alarme einstellen

Verwenden Sie Spindelbelastungs- oder Vibrations-Sensoren, um:

• Maschinen vor einem Bruch anzuhalten

• Aktualisierungen der Werkzeugkorrekturen auszulösen

• Instabile Geschwindigkeitsbereiche identifizieren

Ein Werk reduzierte katastrophale Ausfälle um 52%nach Aktivierung lastbasierter Alarme.

---

Kühlmittelstrategie für eine längere Werkzeuglebensdauer

---

Schritt-für-Schritt-Aktionsplan zur Senkung der Werkzeugkosten

Vor der Serienfertigung:

• ✅ Stahlqualität und Härte überprüfen

• ✅ Beschichtung und Substrat auswählen

• ✅ HEM-Schrägfräswege planen

• ✅ Konstruktion starrer Spannvorrichtungen

Während der Versuche:

• ✅ Werkzeuglebensdauer pro Schneide erfassen

• ✅ Vibration und Belastung messen

• ✅ Drehzahlen systematisch anpassen

In der Serienfertigung:

• ✅ Werkzeuge proaktiv austauschen

• ✅ Schwesterwerkzeuge einsetzen

• ✅ Werkzeugkosten pro Teil verfolgen

---

Häufig gestellte Fragen: Werkzeugverschleiß bei der CNC-Bearbeitung von Stahlteilen

Wie oft sollten Werkzeuge ausgetauscht werden?

Bei mittelkohlenstoffhaltigen Stählen liegt die typische Teileanzahl pro Schneide bei optimierten Parametern zwischen 250 und 500.

---

Verlängert eine geringere Drehzahl immer die Standzeit der Werkzeuge?

Nicht unbedingt – Reiben führt zu einer Erwärmung. Die richtige Spandicke ist wichtiger als eine niedrige Drehzahl.

---

Kann härterer Stahl Brüche reduzieren?

Manchmal – vorgehärtetes Material lässt sich gleichmäßiger bearbeiten als weichgeglühter Werkstoff, der sich während der Bearbeitung verfestigt.