Im weiteren Sinne umfassen Schneidwerkzeuge sowohl Klingen als auch Schleifwerkzeuge. Die meisten Schneidwerkzeuge sind für den maschinellen Einsatz gedacht, es gibt jedoch auch manuelle Ausführungen. Da Schneidwerkzeuge in der mechanischen Fertigung haupts?chlich zum Schneiden von metallischen Werkstoffen eingesetzt werden, werden unter dem Begriff ?Schneidwerkzeuge“ im Allgemeinen Metallschneidwerkzeuge verstanden, w?hrend Werkzeuge zum Schneiden von Holz als Holzbearbeitungswerkzeuge bezeichnet werden.

Entwicklungsgeschichte von Hartmetall-Schneidwerkzeugen

Die rasante Entwicklung von Schneidwerkzeugen erfolgte im sp?ten 18. Jahrhundert, parallel zum Wachstum von Maschinen wie der Dampfmaschine. Im Jahr 1783 war René in Frankreich der erste, der einen Fr?ser herstellte. Im Jahr 1792 stellte Maudslay im Vereinigten K?nigreich Gewindebohrer- und Matrizens?tze her. Der früheste dokumentierte Hinweis auf die Erfindung des Spiralbohrers stammt aus dem Jahr 1822, doch erst 1864 wurde er kommerziell hergestellt. Zu dieser Zeit wurden Werkzeuge aus integralem Werkzeugstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt hergestellt, mit zul?ssigen Schnittgeschwindigkeiten von etwa 5 Metern pro Minute.

Im Jahr 1868 stellte Mushet im Vereinigten K?nigreich einen legierten Werkzeugstahl mit Wolfram her. Im Jahr 1898 erfanden Taylor und White in den USA den Schnellarbeitsstahl. 1923 erfand Schr?ter in Deutschland Hartlegierungen.

Durch den Einsatz von legiertem Werkzeugstahl konnten die Schnittgeschwindigkeiten auf rund 8 Meter pro Minute gesteigert werden, durch Schnellarbeitsstahl auf mehr als das Doppelte und durch den Einsatz von Hartlegierungen noch einmal um mehr als das Doppelte. Auch die Oberfl?chenqualit?t und Ma?haltigkeit der Werkstücke aus spanabhebenden Bearbeitungen verbessert sich deutlich.

Aufgrund der relativ hohen Kosten von Schnellarbeitsstahl und Hartlegierungen wurden im Werkzeugbau geschwei?te und mechanisch geklemmte Strukturen eingeführt. Zwischen 1949 und 1950 begann man in den USA mit der Verwendung von Wendeschneidplatten bei Drehwerkzeugen, die sich bald auch auf Fr?ser und andere Werkzeuge ausdehnten. 1938 erhielt Degussa in Deutschland ein Patent für keramische Schneidwerkzeuge. Im Jahr 1972 produzierte General Electric in den USA polykristalline synthetische Diamant- und polykristalline kubische Bornitrid-Eins?tze. Diese nichtmetallischen Werkzeugmaterialien erm?glichten den Werkzeugen das Schneiden mit noch h?heren Geschwindigkeiten.

Im Jahr 1969 erhielt Sandvik in Schweden ein Patent für die Herstellung von Hartmetalleins?tzen mit Titankarbidbeschichtungen mittels chemischer Gasphasenabscheidung. Im Jahr 1972 entwickelten Bondhus und Laguiole in den USA die physikalische Gasphasenabscheidung, bei der Werkzeugoberfl?chen aus Hartmetall oder Schnellarbeitsstahl mit Hartschichten aus Titankarbid oder Titannitrid beschichtet wurden. Oberfl?chenbeschichtungsverfahren kombinieren die hohe Festigkeit und Z?higkeit des Grundmaterials mit der hohen H?rte und Verschlei?festigkeit der Oberfl?chenschicht, was zu einer besseren Schneidleistung dieser Verbundwerkstoffe führt.

Kategorisierung von Hartmetall-Schneidwerkzeugen nach Anwendung

Schneidwerkzeuge k?nnen anhand der Form der bearbeiteten Oberfl?che des Werkstücks in fünf Kategorien eingeteilt werden. Dazu geh?ren Werkzeuge zur Bearbeitung verschiedener Au?enfl?chen, wie Drehwerkzeuge, Hobelwerkzeuge, Fr?ser, Au?ennutwerkzeuge und Feilen; Werkzeuge für die Lochbearbeitung, wie Bohrer, Reibahlen, Bohrwerkzeuge, Senker und Innennutwerkzeuge; Gewindebearbeitungswerkzeuge, einschlie?lich Gewindebohrer, Matrizen, automatisch ?ffnende und schlie?ende Gewindestrehler, Gewindedrehwerkzeuge und Gewindefr?ser; Werkzeuge zur Zahnradbearbeitung, einschlie?lich W?lzfr?ser, Zahnradformer, Zahnradschabfr?ser und Kegelradbearbeitungswerkzeuge; und Trennwerkzeuge, darunter unter anderem Kreiss?gebl?tter mit eingesetzten Z?hnen, Bands?gen, Bügels?gen, Trenndrehwerkzeuge und S?gefr?ser. Darüber hinaus gibt es Kombinationswerkzeuge.

Basierend auf der Schneidbewegung und der entsprechenden Klingenform k?nnen Schneidwerkzeuge weiter in drei Kategorien eingeteilt werden. Allzweckwerkzeuge wie Drehwerkzeuge, Hobelwerkzeuge, Fr?ser (ausgenommen Formdrehwerkzeuge, Formhobelwerkzeuge und Formfr?ser), Bohrwerkzeuge, Bohrer, Reibahlen und S?gen; Formwerkzeuge, bei denen die Klingenform dieser Werkzeuge dem Profil des Werkstücks entspricht oder diesem nahe kommt, einschlie?lich Formdrehwerkzeugen, Formhobelwerkzeugen, Formfr?sern, R?umnadeln, konischen Reibahlen und verschiedenen Gewindebearbeitungswerkzeugen; Zahnraderzeugungswerkzeuge, die zur Bearbeitung von Zahnradz?hnen oder ?hnlichen Werkstücken mit Zahnraderzeugungsverfahren verwendet werden, wie z. B. W?lzfr?ser, Zahnradsto?fr?ser, Zahnradschabfr?ser und Kegelradhobelwerkzeuge.

 

Kategorisierung von Hartmetall-Schneidwerkzeugen nach Form

Werkzeuge mit Griffen gibt es typischerweise in drei Ausführungen: rechteckiger Griff, zylindrischer Griff und konischer Griff. Drehwerkzeuge, Hobelwerkzeuge und andere haben im Allgemeinen einen rechteckigen Griff. Konische Griffe sind so konstruiert, dass sie axialem Schub standhalten und Drehmoment durch Reibungskr?fte übertragen. Zylindrische Griffe werden typischerweise für kleinere Werkzeuge wie Spiralbohrer und Schaftfr?ser verwendet und das Drehmoment wird durch Reibung übertragen, die beim Spannen entsteht. Der Griff vieler Werkzeuge besteht aus niedriglegiertem Stahl, w?hrend der Arbeitsteil mit Schnellarbeitsstahl verbunden ist und so die beiden Teile vereint.

Der Arbeitsteil eines Schneidwerkzeugs ist der Bereich, der für die Erzeugung und Verarbeitung von Sp?nen verantwortlich ist. Dazu geh?ren die Schneidkante, Strukturen, die die Sp?ne brechen oder rollen, R?ume für die Spanabfuhr oder -speicherung, Kan?le für Schneidflüssigkeit und andere Strukturelemente. Bei manchen Werkzeugen besteht der Arbeitsteil ausschlie?lich aus dem Schneidbereich, beispielsweise bei Drehwerkzeugen, Hobelwerkzeugen, Bohrwerkzeugen und Fr?sern. Bei anderen umfasst der Arbeitsteil sowohl den Schneidabschnitt als auch den Kalibrierabschnitt, wie Bohrer, Reibahlen, Senker, Werkzeuge zum Inneneinstechen und Gewindebohrer. Die Aufgabe des Schneidabschnitts besteht darin, Sp?ne mithilfe der Schneidkante zu entfernen, w?hrend die Aufgabe des Kalibrierabschnitts darin besteht, die bearbeitete Oberfl?che fertigzustellen und das Werkzeug zu führen.

Grunds?tze zur Auswahl von Schneidwerkzeugmaterialien

Bei der Auswahl von Zerspanungswerkzeugen müssen verschiedene Faktoren berücksichtigt werden, wie zum Beispiel das Werkstückmaterial, das Werkzeugmaterial und die Bearbeitungseigenschaften (Vor- oder Fertigbearbeitung). Die Wahl muss auf der Grundlage der konkreten Umst?nde getroffen werden.

Aufgrund seiner hohen Biegefestigkeit, Schlagz?higkeit und guten Bearbeitbarkeit bleibt Schnellarbeitsstahl auch in der heutigen Zeit das am h?ufigsten verwendete Werkzeugmaterial. Hartmetall folgt als zweitbeliebteste Wahl.

Polykristallines kubisches Bornitrid eignet sich zum Schneiden von vergütetem Stahl mit hoher H?rte, geh?rtetem Gusseisen und ?hnlichen Materialien. Polykristalliner Diamant eignet sich zum Schneiden von Nichteisenmetallen, Legierungen, Kunststoffen und Glasfasern. Kohlenstoff-Werkzeugstahl und legierter Werkzeugstahl werden heute nur noch für Werkzeuge wie Feilen, Gewindebohrer und Matrizen verwendet.

 

Hartmetall-Schneidwerkzeugsorten

Hartmetallsorten für Schneidwerkzeuge werden je nach Anwendungsgebiet in sechs Typen eingeteilt: P, M, K, N, S und H, die jeweils für bestimmte Zwecke verwendet werden:

P: Schneiden langer Sp?ne in Materialien wie Stahl, Stahlguss und Temperguss.

M: Allgemeine Bearbeitung von Legierungen, einschlie?lich legiertem Stahl, legiertem Gusseisen, rostfreiem Stahl und Manganstahl.

K: Schneiden kurzer Sp?ne in Materialien wie Grauguss.

N: Verarbeitung von Nichteisenmetallen und nichtmetallischen Werkstoffen.

S: Bearbeitung hitzebest?ndiger und hochwertiger Legierungswerkstoffe.

H: Schneiden von harten Materialien wie vergütetem Stahl und kaltgeh?rtetem Gusseisen.

Jede Kategorie hat Untergruppennummern, z. B. 01, 10, 20, 30 und 40 für P, M, K und 01, 10, 20, 30 für N, S, H. Innerhalb jeder Untergruppe wird mit zunehmender Nummer die Die H?rte nimmt ab, w?hrend die Biegefestigkeit zunimmt.

Die Grundzusammensetzung von P-Legierungen besteht aus TiC und WC als Basis, mit Co (oder Ni) als Bindemittel. Die Sorten M bis H haben alle WC als Basis und Co als Bindemittel, manchmal mit Zusatz von TaC und NbC.

Wolfram-Kobalt-Legierungen (WC-Co) sind die am h?ufigsten verwendeten Hartmetallmaterialien und bestehen haupts?chlich aus Wolframkarbid (WC) und Kobalt (3% bis 30%). Bei der Verwendung für Schneidwerkzeuge liegt der Co-Gehalt im Bereich von 3% bis 13% und die durchschnittliche WC-Korngr??e betr?gt 1 bis 5 μm. Bei Werkzeugen kann der Co-Gehalt bis zu 30% betragen, bei einer durchschnittlichen WC-Korngr??e von 10 μm.

WC-Co-Hartmetall kann zum Schneiden von Gusseisen, Nichteisenmetallen und nichtmetallischen Materialien verwendet werden. Es kann auch für Ziehmatrizen, Kaltstauchmatrizen sowie Mess- und Schneidwerkzeuge verwendet werden. Das Karbid kann basierend auf dem Kobaltgehalt in Legierungen mit niedrigem Kobaltgehalt, mittlerem Kobaltgehalt und hohem Kobaltgehalt sowie in mikrokristalline, feinkristalline, mittelkristalline und grobkristalline Legierungen basierend auf der WC-Korngr??e eingeteilt werden.