Schaftfräser-Beschichtungen: TiN, TiCN, TiAlN, AlTiN, AlCrN, nACo, DLC und Diamant

Eine Beschichtung ist eine wenige Mikrometer dicke Keramikschicht, die im PVD- oder CVD-Verfahren auf das Hartmetallwerkzeug abgeschieden wird. Sie hat drei Aufgaben: die Härte zu erhöhen, die Wärme abzuschirmen und die Reibung zu verringern. Diese Wirkung gilt jedoch nicht bei jedem Werkstoff; bei falscher Paarung verkürzt die Beschichtung die Standzeit.

Kurzantwort

• Allgemeiner Stahl, Nassbearbeitung: TiAlN
• Allgemeiner Stahl, trocken/MMS, hohe Geschwindigkeit: AlTiN
• Edelstahl und Inconel: AlCrN
• Gusseisen: TiCN oder AlCrN
• Gehärteter Stahl (45+ HRC): nACo / AlTiSiN / TiSiN
• Aluminium, Kupfer, Kunststoff: unbeschichtet poliert oder DLC
• Graphit, hochsiliziumhaltiges Aluminium, CFK: CVD-Diamant oder PKD

Eigenschaften der Beschichtungen

Kritischer Punkt: CVD-Diamant und PKD sind bei eisenbasierten Werkstoffen (Stahl, Gusseisen, Edelstahl) nicht einsetzbar. Bei hoher Temperatur diffundieren die Kohlenstoffatome in das Eisen, der Diamant graphitisiert und ist innerhalb von Minuten verschwunden. Dies ist keine Frage der Härte, sondern der chemischen Diffusion.

Eignungsmatrix Werkstoff × Beschichtung

Bewertung: ●●● am besten · ●● geeignet · ● nur wenn unvermeidbar · ✕ nicht geeignet

Trocken oder nass? Die Regel je nach Beschichtung

Bei unterbrochenem Schnitt (Planfräsen, Werkstücke mit Bohrungen) ist stets trocken oder mit MMS zu arbeiten. Bei Nassbearbeitung erwärmt sich das Werkzeug in jeder Umdrehung und kühlt wieder ab; es entstehen Thermorisse (Kammrisse), und die Schneidkante geht durch Ausbrüche verloren.

Die sechs häufigsten Fehler aus der Praxis

1. Beschichtungswahl ohne Bezug zum Werkstoff. Bei Aluminium liefert ein TiAlN-beschichteter Fräser gegenüber einem polierten unbeschichteten eine 3- bis 5-mal kürzere Standzeit. Die Beschichtung rundet die Schneidkante ab, und das Aluminium haftet an der abgerundeten Kante an.
2. AlTiN mit reichlicher Kühlung einsetzen. Thermoschock + ausbleibende Bildung der Schutzbarriere → Mikrorisse an der Schneidkante.
3. TiCN trocken betreiben. Innerhalb von 5 Minuten ist die Schicht abgetragen, das Hartmetall liegt blank.
4. TiN bei gehärtetem Stahl. Die Grenze von 600 °C wird bei der Bearbeitung von 55 HRC in den ersten zwei Minuten überschritten.
5. Eine Diamantschicht als „härteste Beschichtung“ bei Stahl erproben. Maßgeblich ist nicht die mechanische Härte, sondern die chemische Diffusion.
6. Ein nachgeschliffenes Werkzeug unbeschichtet weiterverwenden. Ein nachgeschliffenes, nicht neu beschichtetes Werkzeug erreicht rund 40 % der Standzeit des Originals.

Entscheidungsbaum zur Beschichtungswahl

Ist der bearbeitete Werkstoff eisenbasiert?
├── NEIN (Al, Cu, Kunststoff, Graphit, Verbundwerkstoff)
│   ├── Aluminium mit hohem Si-Anteil / Graphit / CFK → CVD-Diamant oder PKD
│   ├── Allgemeines Aluminium, Kupfer, Kunststoff     → unbeschichtet poliert oder DLC
│   └── Titan                                         → AlTiN oder AlCrN
└── JA
    ├── Härte > 45 HRC                                → nACo / TiSiN / AlCrN
    ├── Edelstahl oder Inconel                        → AlCrN oder AlTiN
    ├── Gusseisen (abrasiv, kühl)                     → TiCN oder AlCrN
    ├── Allgemeiner Stahl, Nassbearbeitung            → TiAlN
    └── Allgemeiner Stahl, trocken/MMS, hohes Vc      → AlTiN

Wie wirkt sich die Beschichtung auf die Werkzeugkosten aus?

Eine Beschichtung erhöht den Werkzeugpreis in der Regel um 15–40 %, steigert bei richtiger Paarung die Standzeit aber um das 2- bis 8-Fache. Bei falscher Paarung (AlTiN bei Aluminium) verkürzt sie die Standzeit.

Die Entscheidung wird nach dem Werkstoff getroffen, nicht nach dem Budget.

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Für diesen Zweck lässt sich der Werkzeug- und Beschichtungswähler nutzen, der nach Eingabe von Werkstoff und Bearbeitungsart unmittelbar eine Empfehlung liefert.