Fräswerkzeuge: Materialien und Beschichtungen im Überblick

Warum Schneidstoff und Beschichtung zählen

Aus welchem Material ein Fräser besteht und wie er beschichtet ist, entscheidet über Standzeit, Oberflächengüte und die Kosten je Bauteil. In diesem Ratgeber stellen wir Ihnen die wichtigsten Schneidstoffe und Beschichtungen vor, mit ihren Vor- und Nachteilen und den Werkstoffen, für die sie sich eignen. Alle Temperaturangaben sind Richtwerte, die genauen Werte nennt der jeweilige Werkzeughersteller.

Materialien von Fräswerkzeugen

Schnellarbeitsstahl (HSS)

HSS ist ein hochlegierter Werkzeugstahl. Er ist zäh, verträgt Stöße und Schwingungen gut und behält seine Härte bis etwa 600 °C. Pulvermetallurgische Sorten (HSS-PM) und HSS mit Kobaltanteil (HSS-E) halten länger als einfaches HSS.

• Günstig in der Anschaffung
• Zäh, bricht auch bei unruhigen Bedingungen selten
• Leicht nachzuschleifen

• Weicher als Hartmetall und verschleißt schneller
• Nur niedrige bis mittlere Schnittgeschwindigkeiten möglich

HSS eignet sich für weiche bis mittelharte Werkstoffe wie Aluminium, Baustahl und Kunststoffe. Es spielt seine Stärken auf konventionellen Fräsmaschinen, bei wenig steifen Aufbauten und bei Einzelteilen aus.

Hartmetall (HM)

Hartmetall besteht aus Wolframcarbid-Körnern, die mit Kobalt gebunden sind. Es ist deutlich härter und verschleißfester als HSS und hält höhere Temperaturen aus. Auf CNC-Fräsen ist Vollhartmetall heute der Standard.

• Deutlich längere Standzeit als HSS
• Hohe Schnittgeschwindigkeiten möglich
• Für fast alle Werkstoffe erhältlich, von Aluminium bis zu gehärtetem Stahl

• Spröder als HSS, bricht bei Schlägen, Schwingungen oder schlechtem Rundlauf
• Teurer in der Anschaffung, Nachschleifen nur durch einen Schleifdienst

Hartmetall setzen Sie für Stahl, Edelstahl, Guss, Aluminium und Kunststoffe ein. Voraussetzung sind eine steife Maschine und eine Werkzeugaufnahme mit gutem Rundlauf.

Schneidkeramik

Keramische Fräser sind sehr hart und behalten ihre Härte auch bei sehr hohen Temperaturen. Sie arbeiten mit sehr hohen Schnittgeschwindigkeiten, die Hitze in der Schnittzone macht den Werkstoff weicher und erleichtert das Zerspanen.

• Sehr hohe Schnittgeschwindigkeiten und damit kurze Bearbeitungszeiten
• Behält die Härte bei sehr hohen Temperaturen

• Sehr spröde, empfindlich gegen Stöße und Schwingungen
• Verträgt keine Kühlschmierstoffe, der Temperaturwechsel lässt die Schneide reißen
• Teuer und nur auf steifen, schnellen Maschinen sinnvoll

Keramikfräser werden vor allem für Nickelbasislegierungen wie Inconel und für Grauguss eingesetzt, in der Regel trocken. Für Titan sind sie nicht geeignet.

Polykristalliner Diamant (PKD)

PKD ist der härteste gebräuchliche Schneidstoff und extrem verschleißfest. Ab etwa 700 °C beginnt Diamant sich aber umzuwandeln, und mit Eisen reagiert er chemisch. Für Stahl und Guss ist PKD deshalb nicht geeignet.

• Sehr lange Standzeit in abrasiven Werkstoffen
• Sehr gute Oberflächen, kaum Aufbauschneiden

• Sehr teuer
• Nicht für Stahl und Guss geeignet
• Nur begrenzt temperaturbeständig

PKD lohnt sich für Aluminium mit hohem Siliziumanteil, für CFK, GFK und Graphit, vor allem in der Serienfertigung. Für CFK und GFK sind diamantbeschichtete Hartmetallfräser (CVD-Diamant) eine verbreitete, günstigere Alternative, mehr dazu im Ratgeber CFK bearbeiten.

Beschichtungen für Fräswerkzeuge

TiN (Titannitrid)

TiN ist die bekannte goldfarbene Beschichtung. Sie ist hart, verringert die Reibung und verlängert die Standzeit gegenüber einem unbeschichteten Werkzeug.

• Spürbar längere Standzeit als ohne Beschichtung
• Günstig und vielseitig

• Nur bis etwa 500 bis 600 °C beständig
• Für Hochleistungsbearbeitung und harte Werkstoffe zu schwach

TiN passt für allgemeine Arbeiten in Baustahl und vielen HSS-Werkzeugen. Für Aluminium sind unbeschichtete oder DLC-beschichtete Fräser meist die bessere Wahl.

TiAlN (Titanaluminiumnitrid)

TiAlN ist dunkelgrau bis violett. Bei Hitze bildet sich an der Oberfläche eine dünne Aluminiumoxidschicht, die das Werkzeug schützt.

• Höhere Schnittgeschwindigkeiten als mit TiN
• Beständig bis etwa 800 °C

• Teurer als TiN
• Nicht für Aluminium, das Aluminium der Beschichtung begünstigt Aufbauschneiden

TiAlN eignet sich für Stahl, Edelstahl, Guss und schwer zerspanbare Werkstoffe, auch bei Trockenbearbeitung.

AlTiN (Aluminiumtitannitrid)

AlTiN enthält mehr Aluminium als TiAlN und ist dadurch noch hitzebeständiger. Es wird bevorzugt für hohe Schnittgeschwindigkeiten und Trockenbearbeitung eingesetzt.

• Beständig bis etwa 900 °C
• Lange Standzeit auch in harten Werkstoffen

• Nicht für Aluminium geeignet
• Höhere Anschaffungskosten

AlTiN ist die Wahl für Hochleistungsbearbeitung in Stahl, gehärtetem Stahl, Edelstahl und Guss.

DLC (Diamond-Like Carbon)

DLC ist eine sehr glatte Kohlenstoffbeschichtung mit diamantähnlicher Härte. Aluminium und Kunststoff haften daran kaum, so entstehen weniger Aufbauschneiden.

• Sehr geringe Reibung
• Ideal für Aluminium, Kupfer, Messing und Kunststoffe

• Nur bis etwa 300 bis 400 °C beständig
• Nicht für Stahl geeignet
• Teurer als unbeschichtete Werkzeuge

DLC setzen Sie für NE-Metalle und Kunststoffe ein, wenn ein unbeschichteter Fräser zum Verkleben neigt.

Die Beschichtungen im Vergleich

So wählen Sie Fräser und Beschichtung

Nach dem Werkstoff

• Aluminium, Kupfer, Messing: Hartmetall unbeschichtet oder mit DLC
• Stahl, Edelstahl, Guss: Hartmetall mit TiAlN oder AlTiN
• Gehärteter Stahl: Hartmetall mit AlTiN
• CFK, GFK, Graphit: diamantbeschichtetes Hartmetall oder PKD
• Nickelbasislegierungen: Hartmetall, in der Serie auch Schneidkeramik

Nach Kühlung und Schnittgeschwindigkeit

• HSS braucht Kühlung, sonst sinkt die Standzeit schnell
• Hartmetall mit TiAlN oder AlTiN verträgt Trockenbearbeitung gut, wechselnde Kühlung schadet ihm dagegen
• Aluminium verklebt trocken leicht, dort hilft Minimalmengenschmierung oder Emulsion
• Schneidkeramik läuft grundsätzlich trocken

Mehr dazu lesen Sie im Ratgeber Kühlen und Schmieren beim Zerspanen.

Nach Kosten und Stückzahl

• HSS für einfache Arbeiten, Einzelteile und wenig steife Maschinen
• Hartmetall für die meisten CNC-Arbeiten und für Serien
• PKD und Schneidkeramik für große Serien in abrasiven oder schwer zerspanbaren Werkstoffen