Werkzeug-Verschleiß — Mechanismen & Gegenmaßnahmen

Aufbauschneide (Built-Up Edge, BUE)

Werkstoff-Partikel verschweißen unter Druck mit der Schneidkante und bilden eine instabile „Pseudo-Schneide“. Diese bricht periodisch ab und reißt Späne der Beschichtung mit sich. Typisch bei zähen niedriglegierten Werkstoffen und zu niedriger Schnittgeschwindigkeit.

Ursachen

• Schnittgeschwindigkeit zu niedrig (unterhalb kritischer vc)
• Spanwinkel zu klein → hoher Reibdruck
• Kühlmittel reicht nicht an die Schneide
• Werkstoff klebt zur Adhäsion (un­legierter Stahl, Alu)

Gegenmaßnahmen

• vc deutlich erhöhen (oberhalb 80–120 m/min bei Stahl)
• Positiveren Spanwinkel oder polierte Spanfläche
• Hochdruck-Kühlung (40–70 bar) direkt an die Schneide
• Beschichtung mit niedrigem Reibkoeffizienten (TiAlN, AlCrN, DLC)

Kolkverschleiß (Crater Wear)

Eine wannenförmige Vertiefung („Krater“) auf der Spanfläche, einige Zehntel hinter der Schneidkante. Entsteht durch chemisches Lösen des Werkzeugstoffs in den Span — temperaturbedingt. Bricht früher oder später die Schneidkante aus.

Ursachen

• Schnittgeschwindigkeit zu hoch (Hitze > 1000 °C)
• Falsche Beschichtung (TiN bei Stahl statt Al₂O₃)
• Zu wenig Kühlung
• Sehr abrasive Materialien (Si-haltige Aluminium)

Gegenmaßnahmen

• vc um 15–25 % reduzieren
• Al₂O₃- oder Ti(C,N)-Beschichtung wählen (hitze-stabil)
• Kühlmittel-Konzentration auf 8–10 % anheben
• Spanleitstufe optimieren (kürzerer Spanwurf → weniger Krater)

Freiflächenverschleiß (Flank Wear, VB)

Gleichmäßiger Verschleiß an der Freifläche unterhalb der Schneidkante. Wird mit VB (Verschleißmarkenbreite) gemessen. Standard-Standzeit-Kriterium nach ISO 3685 — VB = 0,3 mm gilt als Standzeit-Ende beim Schruppen, VB = 0,15 mm beim Schlichten.

Ursachen

• Normaler Abrasions-Verschleiß durch das Werkstück
• Harte Einschlüsse im Material (Karbide, Oxide)
• Vorschub zu niedrig → kein definierter Span
• Falscher Werkzeugstoff für die Härte (HSS bei > 30 HRC)

Gegenmaßnahmen

• Härteren Schneidstoff: VHM, Cermet, Keramik
• Beschichtung mit hoher Härte (Al₂O₃, c-BN)
• Vorschub erhöhen (fz/fn um 20–30 %)
• Standzeit-Ende rechtzeitig erkennen (VB-Messung)

Kerbverschleiß (Notch Wear)

Lokal stark erhöhter Verschleiß genau dort, wo die Schneide die Werkstück-Oberfläche verlässt (Spanaustritts-Zone). Typisch bei harten Material-Häuten (Walzhaut, Gusshaut, Glashaut).

Ursachen

• Werkstück-Oberfläche stark verfestigt oder oxidiert
• Schnitttiefe ap zu konstant → immer gleiche Stelle belastet
• Werkstoffe mit Verfestigungsneigung (austenitischer Stahl, Inconel)
• Negativer Eckenradius des Werkzeugs

Gegenmaßnahmen

• ap variieren: schräge Anstellung oder mehrere ap-Stufen
• Größerer Eckenradius (verteilt die Last)
• Beschichtung mit hoher Zähigkeit (PVD-TiAlN)
• Erste Häute mit dediziertem Schrupp-Werkzeug entfernen

Ausbrüche (Chipping)

Kleine Ausbrüche der Schneidkante, oft mehrere 0,1 mm groß. Ursache ist meist mechanischer Stoß — entweder beim Eintritt oder durch harte Einschlüsse im Material.

Ursachen

• Eintritts-Stoß zu hart (volles Eingriffs-Profil sofort)
• Vorschub zu hoch → Schneide überlastet
• Sprödschneidstoff für unterbrochenen Schnitt zu spröde
• Vorhandene Schlagstellen am Werkstück (Lunker, Einschlüsse)

Gegenmaßnahmen

• Sanfter Eintritt: Bogen-Einfahrt statt Linear-Eintritt
• Vorschub 20 % reduzieren (zumindest bei den ersten Schnitten)
• Zähere Sorte wählen (Schruppen vor Schlichten)
• Fasung an der Schneide anbringen (chamfer für Eintritts-Schutz)

Plastische Verformung

Die Schneide gibt unter Druck und Hitze nach — sie „rutscht“ leicht. Oft erkennbar an einer ausgewölbten Schneidkante. Bei VHM kritisch, weil danach Crater-Wear extrem schnell läuft.

Ursachen

• Schnitttiefe ap und Vorschub gleichzeitig zu hoch
• Zu weicher Schneidstoff für die thermische Belastung
• Werkstoff sehr hart (> 45 HRC) bei normalen Schnittwerten
• Beschichtung zu dünn / nicht wärmedämmend

Gegenmaßnahmen

• Härteren Schneidstoff: K10–K20 Substrat, Al₂O₃-Beschichtung
• Spez. Schnittdaten für Hartzerspanung (vc niedriger, ap kleiner)
• Wärmedämmende dicke Al₂O₃-Top-Beschichtung (CVD)
• Hartzerspanen erfordert dedizierte Sorten (z.B. Sandvik CB7050)

Diffusionsverschleiß

Chemische Auflösung des Schneidstoffs in den Span bei hohen Temperaturen. Eisen löst Wolframcarbid – das Hauptproblem bei VHM-Bearbeitung von Titan und Nickelbasis-Legierungen.

Ursachen

• Sehr hohe Temperaturen an der Schneide (> 900 °C)
• Chemisch reaktive Werkstoffe (Ti, Ni-Legierungen)
• Schnittgeschwindigkeit zu hoch
• Beschichtung fehlt oder ist abgenutzt

Gegenmaßnahmen

• vc deutlich senken (Ti6Al4V: vc < 60 m/min)
• Diffusionssperre durch TiAlN- oder AlCrN-Beschichtung
• Beim Fräsen: Hochdruck-Innenkühlung (70+ bar)
• PCD-Schneidstoff für reaktive Materialien wo möglich