Werkzeugstahl ist gebaut, um Verschleiß zu widerstehen. Genau das macht es so anspruchsvoll, Werkzeugstahl zu zerspanen, besonders nach dem Härten.

Als Maschinenbau- und CNC-Fertiger aus Werl bearbeitet Vulcanus regelmäßig Kaltarbeits- und Warmarbeitsstähle, weich wie gehärtet.

Dieser Leitfaden zeigt Werkstoffgruppen, Prozessketten, Werkzeuge und Schnittwerte. So planen Sie Bauteile, die präzise und wirtschaftlich entstehen.

Das Wichtigste in Kürze

  • Werkzeugstahl wird meist weich vorbearbeitet, dann gehärtet und anschließend hart fertigbearbeitet.
  • Im geglühten Zustand lässt er sich gut zerspanen, gehärtet erfordert er Hartmetall oder CBN.
  • Karbide aus Chrom, Vanadium und Molybdän verursachen hohen abrasiven Werkzeugverschleiß.
  • Ausreichende Aufmaße für den Härteverzug sind der wichtigste Planungsfaktor.
  • Steife Maschinen und stabile Spannung sind Voraussetzung für die Hartbearbeitung.

Was ist Werkzeugstahl?

Werkzeugstähle sind legierte oder unlegierte Stähle für Werkzeuge und hochbeanspruchte Bauteile. Sie zeichnen sich durch hohe Härte, Verschleißfestigkeit und Zähigkeit aus. Typische Anwendungen sind Schneid-, Stanz-, Umform- und Formwerkzeuge.

Die vier Werkzeugstahlgruppen

  • Kaltarbeitsstahl: für Einsatztemperaturen unter etwa 200 °C, etwa 1.2379 oder 1.2842
  • Warmarbeitsstahl: für Druckguss, Schmieden und Strangpressen, etwa 1.2343 oder 1.2344
  • Schnellarbeitsstahl (HSS): für Zerspanwerkzeuge, etwa 1.3343
  • Kunststoffformenstahl: oft vorvergütet geliefert, etwa 1.2312 oder 1.2738

Welcher Stahl für Ihr Bauteil passt, klärt unser Leitfaden zur Werkstoffauswahl.

Warum Werkzeugstahl schwer zerspanbar ist

Der Grund liegt im Gefüge. Harte Karbide aus Chrom, Vanadium und Molybdän wirken wie Schleifkörner auf die Schneide. Hinzu kommen hohe Festigkeit und hohe Schnittkräfte.

Je mehr Karbide ein Werkzeugstahl enthält, desto verschleißfester ist das Bauteil und desto schneller verschleißt das Fräswerkzeug.

Typische Bauteile aus Werkzeugstahl

  • Schneid- und Stanzwerkzeuge, Matrizen und Stempel
  • Formeinsätze für Kunststoffspritzguss und Druckguss
  • Verschleißleisten, Messer und Brechwerkzeuge in der Recyclingtechnik
  • Führungen, Lehren und Vorrichtungselemente

Gerade in Maschinen mit starkem Verschleiß sind solche Teile häufige Ersatzteile. Ihre Standzeit hängt direkt von Werkstoff und Bearbeitungsqualität ab.

Werkzeugstahl zerspanen: die typische Prozesskette

Bei Werkzeugstahl ist nicht nur die Bearbeitung wichtig, sondern ihre Reihenfolge. Die bewährte Kette hat drei Stufen.

Stufe 1: Weichbearbeitung im geglühten Zustand

Im weichgeglühten Zustand liegt die Härte meist bei etwa 200 bis 250 HB. Hier entsteht der größte Teil der Kontur wirtschaftlich. Beim CNC-Schruppen wird dabei das Volumen effizient abgetragen.

Stufe 2: Wärmebehandlung

Anschließend wird das Bauteil gehärtet und angelassen. Kaltarbeitsstähle wie 1.2379 erreichen dabei rund 58 bis 62 HRC. Details zu den Verfahren erklärt unser Beitrag zur Wärmebehandlung von Metallen.

Beim Härten verzieht sich das Bauteil. Maße und Form ändern sich je nach Geometrie und Werkstoff.

Stufe 3: Hartbearbeitung

Nach dem Härten folgen die Funktionsflächen. Dazu zählen Hartfräsen, Hartdrehen, Schleifen oder Erodieren. So entstehen enge Toleranzen trotz Härteverzug.

Aufmaß richtig planen

Für den Härteverzug braucht jede Funktionsfläche ein definiertes Aufmaß. Zu wenig Aufmaß führt zu Ausschuss, zu viel verlängert die teure Hartbearbeitung. Mehr dazu im Beitrag zur Bearbeitungszugabe.

Alternative: vorvergüteter Stahl

Vorvergütete Stähle werden bereits mit Gebrauchshärte geliefert, meist um 30 bis 40 HRC. Das Härten entfällt und damit auch der Härteverzug. Für Formen und Vorrichtungen mit mittlerer Belastung ist das oft die wirtschaftlichere Lösung.

Häufige Werkzeugstähle im Vergleich

Die folgende Übersicht zeigt typische Richtwerte. Die genauen Werte hängen von Charge, Lieferzustand und Wärmebehandlung ab.

Werkstoff Gruppe Lieferzustand (ca.) Gehärtet (ca.) Zerspanbarkeit weich
1.2379 (X153CrMoV12) Kaltarbeitsstahl max. 255 HB 58 bis 62 HRC mittel bis schwer
1.2842 (90MnCrV8) Kaltarbeitsstahl max. 230 HB 58 bis 62 HRC gut
1.2343 (X38CrMoV5-1) Warmarbeitsstahl max. 230 HB 48 bis 54 HRC gut
1.2312 (40CrMnMoS8-6) Formenstahl vorvergütet, ca. 30 HRC nicht üblich gut, geschwefelt
1.3343 (HS6-5-2C) Schnellarbeitsstahl max. 270 HB 62 bis 65 HRC schwer

 

Der geschwefelte 1.2312 ist im vorvergüteten Zustand gut zerspanbar. Dafür lässt er sich nur eingeschränkt polieren.

Werkzeuge für die Zerspanung von Werkzeugstahl

Schneidstoffe nach Härte

  • Beschichtetes Hartmetall: Standard für die Weichbearbeitung und für Härten bis etwa 55 HRC
  • Feinstkorn-Hartmetall mit AlCrN- oder TiAlSiN-Schicht: für das Hartfräsen bis etwa 65 HRC
  • CBN: für Hartdrehen und Schlichten sehr harter Werkstoffe
  • Keramik: für Sonderfälle mit hohen Schnittgeschwindigkeiten

Eine Übersicht über gängige CNC-Werkzeuge hilft bei der Auswahl.

Geometrie und Schneidkante

Für gehärteten Stahl sind stabile Schneiden mit Kantenverrundung wichtig. Weniger, aber kräftigere Schneiden schaffen Spanraum. Ungleiche Teilung und große Drallwinkel dämpfen Schwingungen.

Schnittwerte beim Werkzeugstahl zerspanen

Richtwerte für das Fräsen

Die folgenden Werte sind grobe Orientierungswerte für Hartmetallfräser. Verbindlich sind immer die Angaben des Werkzeugherstellers.

  • Weichgeglüht: Schnittgeschwindigkeit etwa 100 bis 200 m/min
  • Gehärtet über 55 HRC: etwa 80 bis 120 m/min bei kleiner Zustellung
  • Zahnvorschub: typischerweise 0,05 bis 0,2 mm, abhängig von Durchmesser und Härte

Wie Drehzahl und Schnittgeschwindigkeit zusammenhängen, erklärt unser Rechenleitfaden.

Hartfräsen mit HSC-Strategie

Beim Hartfräsen gilt: kleine Zustellungen, hohe Drehzahlen, konstanter Werkzeugeingriff. Trochoidale Bahnen halten die Belastung der Schneide gleichmäßig. Diese Strategie ist eng mit dem HSC-Fräsen verwandt.

Gleichlauf bevorzugen

Im Gleichlauf dringt die Schneide mit maximaler Spandicke ein. Das reduziert Reibung und Kaltverfestigung an der Oberfläche. Die Standzeit steigt spürbar.

Kühlung: trocken, Luft oder Emulsion?

Beim Hartfräsen wird häufig trocken mit Druckluft gearbeitet. Emulsion kann dort Thermoschocks und Ausbrüche an der Schneide verursachen. In der Weichbearbeitung sind dagegen Kühlschmiermittel meist sinnvoll.

Die Vor- und Nachteile beider Ansätze vergleicht unser Beitrag Trockenbearbeitung vs. Nassbearbeitung.

Drehen, Bohren und Gewinde in Werkzeugstahl

Drehen

Im weichen Zustand lässt sich Werkzeugstahl mit beschichteten Hartmetallplatten gut drehen. Stabile Schneidenecken und ein ausreichender Vorschub verhindern Aufbauschneiden. Gehärtete Flächen werden mit CBN hartgedreht.

Bohren vor dem Härten

Bohrungen sollten möglichst im weichen Zustand entstehen. Das Bohren gehärteter Werkzeugstähle ist teuer und riskant. Passbohrungen erhalten ein Aufmaß und werden nach dem Härten geschliffen oder erodiert.

Gewinde richtig planen

Gewinde werden in der Regel vor dem Härten geschnitten. Im gehärteten Zustand ist Gewindefräsen die sicherere Wahl. Den Vergleich beider Verfahren zeigt unser Beitrag Gewindefräsen vs. Gewindebohren.

Hartfräsen, Hartdrehen oder Schleifen?

Hartfräsen

Hartfräsen eignet sich für Freiformflächen, Taschen und komplexe Konturen. Moderne Maschinen erreichen dabei sehr gute Oberflächen. Oft entfällt dadurch das Polieren oder Erodieren.

Hartdrehen und Schleifen

Rotationssymmetrische Flächen lassen sich hartdrehen oder schleifen. Hartdrehen ist flexibler, Schleifen erreicht die feinsten Toleranzen. Den Vergleich beider Verfahren finden Sie im Beitrag Hartdrehen und Schleifen.

Erodieren

Scharfe Innenecken und tiefe, schmale Nuten sind oft nur durch Erodieren möglich. Das Verfahren arbeitet unabhängig von der Härte. Es ist allerdings deutlich langsamer als Fräsen.

Typische Fehler beim Zerspanen von Werkzeugstahl

Fehler in der Planung

  • Zu knappes Aufmaß: Nach dem Härten fehlt Material an Funktionsflächen.
  • Scharfe Innenkanten: Sie erhöhen das Rissrisiko beim Härten.
  • Falscher Lieferzustand: Hartfräsen im vorvergüteten Zustand kann günstiger sein als Härten.

Kostenfaktoren bei Bauteilen aus Werkzeugstahl

  • Materialpreis, besonders bei hochlegierten Sorten
  • Werkzeugverschleiß in der Hartbearbeitung
  • Anzahl der Aufspannungen vor und nach dem Härten
  • Umfang von Schleifen, Erodieren und Messen

Wie diese Faktoren in den Preis einfließen, zeigt unser Leitfaden zum Thema CNC-Angebot kalkulieren.

Fehler in der Bearbeitung

  • Instabile Spannung: Vibrationen führen zu Ausbrüchen an der Schneide.
  • Zu geringer Vorschub: Die Schneide reibt statt zu schneiden und überhitzt.
  • Verschlissene Werkzeuge: Sie erzeugen Schleifbrand und schlechte Oberflächen.

Weitere Ursachen und Lösungen zeigt unser Beitrag zu typischen Fräsfehlern. Gegen Rattern helfen die Tipps, um Vibrationen beim Fräsen zu vermeiden.

Oberfläche und Maßhaltigkeit sichern

Oberflächengüte

Gehärteter Werkzeugstahl erreicht beim Hartfräsen oft Rauheiten unter Ra 0,4 µm. Voraussetzung sind scharfe Werkzeuge und ein stabiler Prozess. Die Kennwerte erklärt unser Beitrag zur Oberflächenrauheit.

Gehärtete Bauteile sicher spannen

Gehärtete Werkstücke vertragen keine punktuellen Spannkräfte. Gehärtete Auflagen und flächige Spannung verhindern Abdrücke und Verformung. Nullpunktspannsysteme sichern zudem die Lage zwischen Weich- und Hartbearbeitung.

Temperatur und Messung

Gehärtete Bauteile sollten vor der Endmessung auf Raumtemperatur abkühlen. Schon wenige Grad Unterschied verändern Maße im Mikrometerbereich. Eine klimatisierte Messung schafft hier Sicherheit.

Werkzeugstahl zerspanen bei Vulcanus

Vulcanus-Stahl & Maschinenbau in Werl bearbeitet Werkstoffe, die andere Fertiger meiden. Dazu gehören gehärtete Stähle, Manganhartstahl, Nickelbasislegierungen und Wolfram.

  • CNC-Fräsen: 4- und 5-Achs-Bearbeitung mit Verfahrwegen bis 4.500 x 1.200 x 1.800 mm
  • Große Bauteile: Werkstücke bis 10 Tonnen
  • Hartsägen: Zuschnitt gehärteter Werkstoffe bis 65 HRC
  • Messtechnik: taktile FARO-Messtechnik und Qualitätsmanagement nach ISO 9001

Wir planen Aufmaße für den Härteverzug und bearbeiten vor und nach der Wärmebehandlung. Mehr dazu auf unserer Seite zum CNC-Fräsen. Wer die komplette Teilefertigung vergeben möchte, findet Hinweise zur CNC-Lohnfertigung.

Fazit: Werkzeugstahl zerspanen beginnt mit der richtigen Prozessplanung

Werkzeugstahl verlangt mehr als starke Maschinen. Entscheidend sind Werkstoffzustand, Prozesskette, Aufmaße und Werkzeugwahl.

Wer weich vorbearbeitet und gezielt hart fertigbearbeitet, spart Zeit und Werkzeugkosten. Worauf es bei der Partnerwahl ankommt, zeigt unser Beitrag Zerspanungsdienstleister auswählen.

Sie benötigen Bauteile aus gehärtetem Werkzeugstahl? Kontaktieren Sie Vulcanus mit Ihrer Zeichnung für eine technische Einschätzung und ein Angebot.

FAQ: Häufige Fragen zum Zerspanen von Werkzeugstahl

Kann man gehärteten Werkzeugstahl fräsen?

Ja. Mit Feinstkorn-Hartmetall und passender Strategie sind Härten bis etwa 65 HRC fräsbar. Voraussetzung sind steife Maschinen und kleine Zustellungen.

Welcher Werkzeugstahl ist am besten zerspanbar?

Im geglühten Zustand gelten 1.2842 und 1.2343 als gut zerspanbar. Der geschwefelte, vorvergütete 1.2312 ist ebenfalls gut bearbeitbar.

Wie viel Aufmaß braucht Werkzeugstahl vor dem Härten?

Das hängt von Geometrie, Größe und Werkstoff ab. Übliche Werte liegen im Bereich einiger Zehntelmillimeter je Fläche.

Sollte man Werkzeugstahl nass oder trocken fräsen?

Weich meist mit Kühlschmierstoff, gehärtet häufig trocken mit Druckluft. Das vermeidet Thermoschocks an der Schneide.

Welche Schnittgeschwindigkeit gilt für 1.2379?

Weichgeglüht etwa 100 bis 200 m/min, gehärtet etwa 80 bis 120 m/min mit Hartmetall. Die Herstellerangaben haben immer Vorrang.

Wann ist Erodieren besser als Fräsen?

Bei scharfen Innenecken, tiefen schmalen Nuten und sehr feinen Details. Erodieren arbeitet unabhängig von der Härte, ist aber langsamer.