Werkzeugverschleiß lässt sich in der Metallbearbeitung nie vollständig vermeiden. Wo Schneide und Werkstück unter hohen Kräften, Temperaturen und Reibung aufeinandertreffen, nutzt sich das Werkzeug mit der Zeit ab. Entscheidend ist deshalb nicht, Verschleiß komplett zu verhindern, sondern ihn kontrollierbar zu machen und möglichst lange hinauszuzögern.
Die wichtigsten Stellschrauben dafür sind die richtigen Schnittparameter, eine zum Werkstoff passende Werkzeuggeometrie, geeignete Beschichtungen, eine zuverlässige Kühlung und Schmierung sowie ein stabiler Zerspanungsprozess. Ebenso wichtig ist es, Werkzeuge rechtzeitig nachzuschleifen, bevor aus normalem Verschleiß ein irreparabler Schaden wird.
Wer Werkzeugverschleiß systematisch betrachtet, verlängert damit nicht nur die Standzeit seiner Werkzeuge. Auch Fertigungsqualität, Prozesssicherheit und Werkzeugkosten pro Bauteil lassen sich positiv beeinflussen.
Inhaltsverzeichnis
Was versteht man unter Werkzeugverschleiß?
Unter Werkzeugverschleiß versteht man die fortschreitende Veränderung beziehungsweise Abnutzung der Schneide während der Bearbeitung.
Beim Fräsen, Bohren oder anderen Zerspanungsverfahren wirken gleichzeitig mechanische und thermische Belastungen auf das Werkzeug. Wie schnell sich Verschleiß entwickelt, hängt unter anderem ab von:
- dem zu bearbeitenden Werkstoff
- Werkzeugmaterial und Schneidengeometrie
- Schnittgeschwindigkeit und Vorschub
- Zustellung und Eingriffsbedingungen
- Kühlung und Schmierung
- Maschinen- und Spannstabilität
- Werkzeugbeschichtung
- Spanabfuhr
Ein gewisser Verschleiß ist dabei völlig normal. Problematisch wird es, wenn er zu schnell fortschreitet oder nicht rechtzeitig erkannt wird. Denn ein verschlissenes Werkzeug beeinflusst nicht nur die Schneide selbst, sondern den gesamten Fertigungsprozess.
Welche Arten von Werkzeugverschleiß gibt es?
Werkzeugverschleiß kann sich sehr unterschiedlich zeigen. Das Verschleißbild liefert dabei häufig bereits wichtige Hinweise darauf, wo die Ursache im Bearbeitungsprozess liegt.
Freiflächenverschleiß
Beim Freiflächenverschleiß wird die Werkzeugschneide an der Fläche abgetragen, die am bereits bearbeiteten Werkstück entlangläuft. Ein gleichmäßiger Freiflächenverschleiß gehört grundsätzlich zum normalen Lebenszyklus eines Zerspanungswerkzeugs. Wird er jedoch zu groß, können Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität nachlassen.
Kolkverschleiß
Kolkverschleiß entsteht auf der Spanfläche des Werkzeugs. Der ablaufende Span sowie die dabei entstehenden hohen Temperaturen beanspruchen die Oberfläche kontinuierlich. Schreitet dieser Verschleiß stark voran, kann die Schneide zunehmend geschwächt werden.
Ausbrüche an der Schneidkante
Kleine oder größere Schneidkantenausbrüche sind häufig ein Hinweis auf hohe mechanische Belastungen, Schwingungen oder ungünstige Eingriffsbedingungen. Im Gegensatz zu einem gleichmäßigen Verschleiß entstehen solche Schäden häufig plötzlich und können die weitere Nutzung des Werkzeugs schnell unmöglich machen.
Aufbauschneiden
Bei einer Aufbauschneide haftet Werkstoff an der eigentlichen Schneidkante. Dadurch verändert sich vorübergehend die Geometrie des Werkzeugs. Das kann die Oberflächengüte verschlechtern und dazu führen, dass beim Ablösen der Aufbauschneide Teile der eigentlichen Schneide beschädigt werden.
Kerbverschleiß und thermische Schäden
Bei bestimmten Bearbeitungsbedingungen kann sich der Verschleiß besonders stark an einzelnen Bereichen der Schneide konzentrieren. Auch starke Temperaturwechsel können Risse und weitere Schäden verursachen. Gerade wechselnde Belastungen machen deutlich: Werkzeugverschleiß muss immer im Zusammenhang mit dem gesamten Prozess betrachtet werden.
Welche Auswirkungen hat Werkzeugverschleiß auf die Fertigungsqualität?
Ein verschlissenes Werkzeug kann die Qualität und Wirtschaftlichkeit eines kompletten Fertigungsprozesses beeinflussen.
Typische Folgen sind:
- schlechtere Oberflächen
- Maß- und Formabweichungen
- steigende Schnittkräfte
- höhere Wärmeentwicklung
- stärkere Vibrationen
- Gratbildung am Werkstück
- nachlassende Prozesssicherheit
- Werkzeugbruch
- ungeplante Maschinenstillstände
Besonders in der Serienfertigung kann bereits ein langsam fortschreitender Verschleiß problematisch sein. Wenn sich beispielsweise Abmessungen oder Oberflächen über mehrere Bauteile hinweg verändern, kann Ausschuss entstehen, bevor das Problem überhaupt erkannt wird.
Ein gutes Werkzeugmanagement betrachtet deshalb nicht nur die maximale Standzeit. Entscheidend ist, wie lange ein Werkzeug zuverlässig innerhalb der geforderten Qualitätsparameter arbeiten kann.
Wie lässt sich Werkzeugverschleiß reduzieren?
Es gibt nicht die eine Maßnahme gegen Werkzeugverschleiß. In der Praxis ist meist das Zusammenspiel mehrerer Faktoren entscheidend.
1. Schnittparameter richtig wählen
Eine sehr hohe Schnittgeschwindigkeit kann zu starker Wärmeentwicklung führen und dadurch bestimmte Verschleißmechanismen beschleunigen. Gleichzeitig können ungeeignete Vorschübe oder Zustellungen die Schneidkante mechanisch überlasten.
Deshalb sollten Schnittgeschwindigkeit, Vorschub und Zustellung immer auf Werkzeug, Werkstoff und Bearbeitungsstrategie abgestimmt sein.
Dabei gilt nicht automatisch: Weniger Belastung bedeutet weniger Verschleiß. Werden Parameter zu vorsichtig gewählt, kann ebenfalls ein ungünstiger Zerspanungsprozess entstehen.
Ziel sind daher keine möglichst niedrigen Werte, sondern stabile und wirtschaftliche Schnittbedingungen.
2. Die passende Werkzeuggeometrie einsetzen
Schneidengeometrie, Spanwinkel, Freiwinkel, Schneidkantenpräparation und Spanraum beeinflussen unmittelbar, wie das Werkzeug in den Werkstoff eingreift.
Eine Geometrie, die bei Aluminium hervorragend funktioniert, muss bei Edelstahl oder anderen schwer zerspanbaren Werkstoffen keineswegs die beste Lösung sein.
Besonders bei wiederkehrenden Standzeitproblemen lohnt sich daher die Frage: Ist das Werkzeug wirklich optimal für den konkreten Bearbeitungsprozess ausgelegt?
Genau hier kann eine angepasste Werkzeuggeometrie erhebliche Vorteile bringen.
3. Werkzeugbeschichtung passend auswählen
Beschichtungen können die Werkzeugoberfläche vor Verschleiß schützen und Reibung sowie thermische Belastungen beeinflussen.
Welche Werkzeugbeschichtung die Lebensdauer am stärksten verlängert, lässt sich allerdings nicht pauschal beantworten. Entscheidend sind immer Werkstoff, Bearbeitungsstrategie, Temperaturen und Einsatzbedingungen.
Je nach Anwendung kommen beispielsweise unterschiedliche PVD-Beschichtungssysteme zum Einsatz. Beschichtungen auf Basis von TiAlN beziehungsweise AlTiN werden unter anderem bei thermisch anspruchsvollen Anwendungen eingesetzt. Andere Beschichtungen können bei bestimmten Werkstoffen Vorteile hinsichtlich Reibung oder Verschleißbeständigkeit bieten.
Die beste Beschichtung ist deshalb nicht automatisch die technisch aufwendigste, sondern diejenige, die zum tatsächlichen Einsatzfall passt.
Gerade nach dem Nachschleifen bietet sich die Möglichkeit, Beschichtung und Werkzeuggeometrie erneut aufeinander abzustimmen.
4. Kühlung und Schmierung optimieren
Die richtige Kühlschmierstrategie kann Wärme reduzieren, Reibung beeinflussen und den Spantransport unterstützen.
Entscheidend ist dabei nicht nur, ob Kühlschmierstoff eingesetzt wird, sondern auch:
- ob er die Schneidzone zuverlässig erreicht
- welcher Kühlschmierstoff verwendet wird
- mit welchem Druck gearbeitet wird
- ob Werkzeug und Bearbeitungsverfahren für die Strategie geeignet sind
Auch eine unzureichende Spanabfuhr kann Verschleiß fördern. Werden Späne erneut geschnitten oder bleiben im Arbeitsbereich, entstehen zusätzliche mechanische und thermische Belastungen.
5. Rundlauf, Spannung und Maschinenstabilität prüfen
Selbst ein hochwertiger VHM-Fräser kann frühzeitig verschleißen, wenn er nicht sauber gespannt ist.
Bei schlechtem Rundlauf werden einzelne Schneiden stärker belastet als andere. Dadurch entsteht kein gleichmäßiger Verschleiß, sondern eine punktuelle Überlastung.
Auch Vibrationen und instabile Spannverhältnisse können Schneidkantenausbrüche und schlechte Oberflächen verursachen.
Deshalb gehören Werkzeugaufnahme, Spannmittel, Maschinenzustand und Werkstückspannung immer mit zur Ursachenanalyse.
6. Verschleiß frühzeitig erkennen
Einer der häufigsten Fehler ist, ein Werkzeug so lange einzusetzen, bis die Bearbeitungsqualität deutlich nachlässt oder einzelne Schneiden bereits stark beschädigt sind.
Für die maximale Werkzeuglebensdauer ist das nicht immer sinnvoll.
Wer seine Werkzeuge regelmäßig kontrolliert und definierte Verschleißgrenzen festlegt, kann früher reagieren. Das erhöht die Prozesssicherheit und verbessert gleichzeitig die Voraussetzungen für einen späteren Nachschliff.
Wie relevant die Überwachung des Werkzeugverschleißes für moderne Fräsprozesse ist, zeigt auch ein aktuelles Forschungsprojekt des IFW der Leibniz Universität Hannover. Dort wird untersucht, wie sich Werkzeugverschleiß während der Bearbeitung erfassen und die Prozessparameter über die gesamte Werkzeugstandzeit entsprechend anpassen lassen.
7. Werkzeuge rechtzeitig nachschleifen
Ein Werkzeug, das seine erste Standzeit erreicht hat, muss nicht automatisch ersetzt werden. Gerade hochwertige VHM-Fräs- und Bohrwerkzeuge können je nach Zustand professionell nachgeschliffen und erneut beschichtet werden.
Der richtige Zeitpunkt spielt dabei eine zentrale Rolle. Ist nur die vorgesehene Schneidenzone verschlissen, bestehen häufig gute Voraussetzungen für die Aufbereitung. Werden Werkzeuge dagegen weit über die wirtschaftliche Verschleißgrenze hinaus eingesetzt, können Ausbrüche oder weitere Schäden entstehen, die einen Nachschliff erschweren oder unmöglich machen.
Frühzeitiges Nachschleifen bedeutet deshalb nicht nur längere Standzeiten pro Einsatz, sondern kann die gesamte Nutzungsdauer eines Werkzeugs verlängern.
Werkzeugverschleiß analysieren statt nur Werkzeuge wechseln
Wenn ein Werkzeug regelmäßig deutlich früher verschleißt als erwartet, reicht es oftmals nicht aus, es einfach durch ein neues zu ersetzen.
Denn wenn die eigentliche Ursache im Prozess liegt, kann beim nächsten Werkzeug dasselbe Problem erneut auftreten.
Sinnvoller ist eine systematische Betrachtung:
- Welches Verschleißbild tritt auf?
- Nach welcher Bearbeitungszeit entsteht es?
- Welche Materialien werden bearbeitet?
- Welche Schnittparameter kommen zum Einsatz?
- Wie sehen Kühlung und Spanabfuhr aus?
- Gibt es Auffälligkeiten beim Rundlauf oder bei der Maschinenstabilität?
- Passt die Werkzeuggeometrie zur tatsächlichen Anwendung?
Auf Basis dieser Informationen lassen sich mögliche Ursachen deutlich gezielter eingrenzen. Genau darin liegt auch der Unterschied zwischen einem reinen Werkzeugwechsel und echter Prozessoptimierung.
Nachschleifen und Optimieren bei Kopp Schleiftechnik
Bei Kopp Schleiftechnik betrachten wir ein verschlissenes Werkzeug nicht automatisch als verbraucht.
Bei geeigneten Werkzeugen prüfen wir zunächst den vorhandenen Verschleiß und das Potenzial für einen professionellen Nachschliff. Dabei kann es je nach Anwendung sinnvoll sein, nicht nur die ursprüngliche Schneidengeometrie wiederherzustellen, sondern Geometrie, Schneidkantenpräparation oder Beschichtung gezielt an den tatsächlichen Einsatz anzupassen. Denn das Ziel ist ein Werkzeug, das in Ihrem Prozess möglichst zuverlässig, präzise und wirtschaftlich arbeitet.
Gerade bei wiederkehrenden Standzeitproblemen lohnt sich deshalb eine genauere Analyse. Denn auffälliger Werkzeugverschleiß kann wertvolle Hinweise darauf geben, an welcher Stelle im Fertigungsprozess noch Optimierungspotenzial besteht.
Häufige Fragen zum Werkzeugverschleiß
Kann Werkzeugverschleiß vollständig verhindert werden?
Nein. Werkzeugverschleiß gehört grundsätzlich zur Zerspanung. Durch die richtige Werkzeugauswahl, passende Schnittparameter, geeignete Beschichtungen und stabile Prozessbedingungen kann die Geschwindigkeit des Verschleißes jedoch deutlich beeinflusst werden.
Welche Beschichtung schützt am besten vor Werkzeugverschleiß?
Eine universell beste Beschichtung gibt es nicht. Die richtige Wahl hängt unter anderem vom bearbeiteten Werkstoff, den Temperaturen, der Bearbeitungsstrategie und der Werkzeuggeometrie ab. Beschichtung und Einsatzfall sollten deshalb immer gemeinsam betrachtet werden.
Wann sollte ein Fräser nachgeschliffen werden?
Idealerweise bevor starke Schneidkantenausbrüche oder andere irreversible Schäden entstehen. Definierte Standzeiten beziehungsweise Verschleißgrenzen helfen dabei, Werkzeuge rechtzeitig aus dem Prozess zu nehmen und das Nachschleifpotenzial optimal zu nutzen.
Woran erkennt man erhöhten Werkzeugverschleiß?
Hinweise können schlechtere Oberflächen, Maßabweichungen, steigende Schnittkräfte, stärkere Geräuschentwicklung, Vibrationen oder sichtbare Veränderungen an der Schneidkante sein.
Fazit: Weniger Werkzeugverschleiß beginnt mit dem richtigen Prozess
Werkzeugverschleiß lässt sich nicht vermeiden, aber gezielt beeinflussen.
Die richtige Kombination aus Werkzeuggeometrie, Beschichtung, Schnittparametern, Kühlung, stabiler Spannung und regelmäßiger Kontrolle sorgt dafür, dass Schneidwerkzeuge ihr Potenzial besser ausschöpfen können.
Ebenso wichtig ist der richtige Zeitpunkt für die Aufbereitung. Wer ein hochwertiges Werkzeug bis zum vollständigen Ausfall nutzt, verschenkt möglicherweise einen Teil seines Nachschleifpotenzials. Wer den Verschleiß dagegen systematisch überwacht, kann Werkzeuglebenszyklen besser planen und seine Werkzeugkosten langfristig reduzieren.
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