Schneidstoff

Schneidstoffe sind die Werkstoffe, aus denen die Schneiden von Bearbeitungswerkzeugen für die Zerspanung gefertigt werden.

Eigenschaften von Schneidstoffen

Schneidstoffe sind Belastungen wie schlagartigen Schnittkräften, hohen Temperaturen und Temperaturschwankungen sowie Reibung und Verschleiß ausgesetzt. Damit die Schneidstoffe den Belastungen stand halten können, müssen sie folgende Eigenschaften besitzen:

Gute Schneidfähigkeit
Gute Anlassbeständigkeit
Hohe Verschleißfestigkeit
Hohe Biegebruchfestigkeit
Gute Temperaturwechselbeständigkeit

Je verschleissfester ein Schneidstoff ist, um so empfindlicher reagiert er auf Schlagbelastung. Auch die Wärmeabfuhr muss gewährleistet sein. Deshalb ist bei der Auswahl des Schneidstoff nicht nur auf das Material des zu bearbeitenden Werkstückes zu achten, sondern auch auf auf dessen Form und die Art der Zerspanung.

Mögliche Werkstoffe

Legierte und unlegierte Werkzeugstähle

Die Arbeitstemperatur liegt bei unlegierten Werkzeugstähle bei maximal 200 °C. Sie finden deshalb nur noch bei Handarbeitsgeräten Verwendung. Der Kohlenstoffanteil bewegt sich zwischen 0,45 % und 1,5 %.

Legierte Werkzeugstähle besitzen je nach Gehalt an Legierungsbestandteilen bei einem C-Gehalt zwischen 0,2 % und 1,5 % eine zulässige Arbeitstemperatur bis zu 400 °C. Aufgrund ihrer guten Schneidhaltigkeit und dem günstigen Preis werden aus ihnen verschiedenste Schneidwerkzeuge gefertigt.

Schnellarbeitsstahl (HSS)

Ein Schnellarbeitsstahl ist ein hochlegierter Werkzeugstahl der sehr zäh und unempfindlich gegen schwankende Kräfte ist. Die Arbeitstemperatur kann bis zu 600°C betragen. Er wird verwendet für Werkzeuge die wegen ihrer Form den Einsatz von Wendeschneidplatten nicht zulassen, z.B.Bohrer, Senker und Fräser. Werkzeuge aus Schnellarbeitsstahl werden oft mit einer Hartstoffschicht von 2µm bis 4µm Dicke aus Titannitrid beschichtet da diese Beschichtung sehr zäh und verschleißfest ist.

Hartmetalle und Cermets

Hartmetalle sind durch Sintern hergestellte Verbundwerkstoffe. Sie bestehen aus keramischen Hartstoffen, z.B. Titan-, Wolfram- und Tantalcarbid, und metallischem Bindemittel, z.B. Cobalt.

Sie haben eine hohe Verschleißfestigkeit und ermöglichen eine Arbeitstemperatur bis 900°. Hartmetalle werden oft in Form von Wendeschneidplatten eingesetzt, es gibt aber auch Werkzeuge aus Vollhartmetall oder mit eingelöteten Hartmetall-Schneidplatten auf Werkzeugkörpern aus Stahl. Die Härte und Zähigkeit ist abhängig von der Zusammensetzung von TIC, TAC und WC. Mit einer geringen Menge Cobaltgehalt nimmt die Zähigkeit zu. Werkzeuge, die Hartmetallschneiden besitzen, können neben Stahl und Gusseisen auch harte Werkstoffe wie Glas und Porzellan spanend bearbeiten. Durch das Beschichten kann die Verschleißfestigkeit erhöht werden. Vor allem werden Wendeschneidplatten beschichtet. Dies geschieht indem man mehrere Hartstoffschichten aus Titancarbonitrid, Titannitrid und Wolframcarbid aufbringt. Der Vorteil von beschichteten Hartmetallplatten ist, dass sie im Gegensatz zu unbeschichteten Hartmetallplatten eine höhere Standzeit haben und eine höher Schnittgeschwindigkeit ermöglichen

Für die Bearbeitung von Stahlwerkstoffen eignen sich Cermets. Cermets sind hartmetallähnliche Sinterwerkstoffe, bei denen Wolframcarbid durch Titancarbid ersetzt wird. Dieser Schneidstoff ist verschleißfester.

Schneidkeramik

Schneidkeramik ist härter als Hartmetall.

Oxidkeramik besitzt keine metallische Bindung, hat eine hohe Verschleißfestigkeit und wird z.B. zur spanenden Bearbeitung von Gusseisen eingesetzt. Oxidkeramik aus reinem Aluminiumoxid besitzt eine hohe Verschleißfestigkeit und Härte bis 1200°C. Sie ist empfindlich gegen wechselnde Schnittkräfte und Temperaturwechsel und wird bei sehr gleichmäßigen Schnittbedingungen ohne Kühlung eingesetzt.

Zirkoniumdioxid ZrO₂ ist eine weitere Oxidkeramik, die sich durch die Eigenschaft auszeichnet, dass sie die Energie entstehender Risse umwandeln kann und daher weniger anfällig gegen Verschleiß ist.

Mischkeramik wird hergestellt aus Aluminiumoxid und Hartstoffen wie Titancarbid. Sie besitzt eine höheren Temperaturwechselfestigkeit und wird hauptsächlich zum Schlichtdrehen von Grauguss verwendet.

Diamant und Bornitrid

Monokristalliner Diamant (MKD) besitzt die größte Härte aller Stoffe und wird meist für Feinstarbeit verwendet. Diamantbestückte Werkzeuge eignen sich gut für NE-Metalleund ihre Legierungen, Grauguss, faser- und füllverstärktem Kunststoff, vorgesinterten Hartmetallen, Glas und Keramik.

Polykristalline Schneidstoffe (PKD) bestehen aus einem Hartmetallkern, auf den erst eine dünne Metallschicht und dann eine 0,5 bis 1,5 mm dicke Schicht aus polykristallinem Diamant aufgesintert wird.

Polykristallines kubisches Bornitrid (PKB oder CBN) wird hauptsächlich zur Bearbeitung von harten und abrasiven Eisenwerkstoffen mit einer härte von mehr als 50 HRC eingesetzt, da es, anders als das PKD, nicht mit dem Eisen reagiert.

Werkzeugwerkstoff