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Hartdrehen als Alternative zum Schleifen
Hartdrehen hat sich als effektive Alternative zum Schleifen etabliert. Gerade wenn mittlere Toleranzanforderungen oder schwierige Konturen im Vordergrund stehen kommt dieses Drehverfahren zum Einsatz. Es garantiert Flexibilität, Zeit- und Kostenvorteile, da komplexe Konturen, Passungen und Geometrien in einer einzigen Aufspannung mit überzeugenden Genauigkeiten und Oberflächen hergestellt werden können.
Maschinen und Werkzeuge zum Hartdrehen
Maschinen zum Hartdrehen sind vollautomatisierte Bearbeitungssysteme mit einer stabilen Konstruktionsbauweise und ausreichenden Schwingungsdämpfung. Als Schneidstoffe kommen Schneidkeramik, polykristallines Bornitrid (PKB) oder kubisches Bornitrid (CBN) zum Einsatz. Diese verfügen über spezielle Wendeschneidplatten mit einem großen Fasenwinkel, weshalb Ausbrüche an den Kanten vermieden werden.
Allgemeine Schnittdaten zum Hartdrehen
Im Gegensatz zum Drehen ungehärteter Werkstoffe treten bei der Hartmetallbearbeitung sehr hohe Zerspanungskräfte auf, welche von verschiedenen Stabilitätsfaktoren wie der Maschinenkonstruktion, Spannmittel und Werkzeugwahl beeinflusst werden. Dabei gilt: Je größer der Härtegrad der Drehteile, desto geringer sollte auch die Schnittgeschwindigkeit sein, welche beim Hartdrehen zwischen 100 bis zu 300 m/min liegt.
Prozessstabilität und Werkstückspannung
Maschinen zum Hartdrehen sind vollautomatisierte Bearbeitungssysteme mit einer stabilen Konstruktionsbauweise und ausreichenden Schwingungsdämpfung. Als Schneidstoffe kommen Schneidkeramik, polykristallines Bornitrid (PKB) oder kubisches Bornitrid (CBN) zum Einsatz. Diese verfügen über spezielle Wendeschneidplatten mit einem großen Fasenwinkel, weshalb Ausbrüche an den Kanten vermieden werden.
Werkstoffe und Härtegrad beim Hartdrehen
Hartdrehen wird meist für gehärtete Stähle mit einer Härte von etwa 45 bis über 60 HRC eingesetzt. Typische Werkstoffe sind Einsatzstähle, Wälzlagerstähle, Werkzeugstähle und durchgehärtete Vergütungsstähle, die nach der Wärmebehandlung auf ihr endgültiges Maß bearbeitet werden können. Entscheidend dabei sind Werkstoffgefüge und Härte, da sie Werkzeugwahl, Schnittwerte und erreichbare Standzeit unmittelbar beeinflussen.
Genauigkeiten und Oberflächengüten
Je nach Werkstück, Maschine und Aufspannung sind Maßtoleranzen im Bereich weniger Mikrometer und Oberflächenrauheiten von etwa Ra 0,2 bis 0,8 µm erreichbar. Damit kann das Hartdrehen bei zahlreichen Bauteilen die abschließende Schleifbearbeitung ersetzen. Für extrem hohe Anforderungen an Formgenauigkeit, Oberflächenstruktur oder Rauheit bleibt das Schleifen jedoch weiterhin das bevorzugte Feinbearbeitungsverfahren.
Vorteile und Nachteile des Hartdrehens
Die Zerspanung von gehärteten Stählen ab 45 bis 68 HRc wird als Hartdrehen definiert und hat sich als vollwertige Alternative zum Schleifen bewährt. Gerade die hohe Flexibilität, erreichbaren Genauigkeiten und der trockene Zerspanvorgang haben die Einsatzbereiche des Hartdrehens nochmals gesteigert. Nachteilig dagegen sind die hohen Werkzeugkosten und die erreichbare Oberflächenqualität, die sich durch Schleifen wesentlich steigern läßt.
Anwendungsbeispiele für das Hartdrehen
Geeignet ist Hartdrehen für rotationssymmetrische Bauteile, da deren Funktionsflächen erst nach dem Härten auf Endmaß gebracht werden. Dazu zählen Wellen, Achsen, Lagerstellen, Zahnräder, Buchsen, Rollen und gehärtete Passflächen. Innen- und Außenkonturen können dabei auf einer CNC-Drehmaschine sicher bearbeitet werden. Auch lassen sich mehrere Durchmesser, Stirnflächen oder komplexe Konturen in einer Aufspannung fertigbearbeiten.
Typische Werkstoffe und Bearbeitungsdaten
| Werkstoff | Härtebereich* | Schneidstoff | Schnittgeschwindigkeit vc* | Anwendungen |
|---|---|---|---|---|
| Einsatzstahl | ca. 55–64 HRC | CBN, Schneidkeramik | ca. 80–180 m/min | Zahnräder, Wellen, Bolzen, Lagersitze |
| Wälzlagerstahl | ca. 58–66 HRC | CBN | ca. 80–200 m/min | Lagerringe, Rollen, Laufbahnen |
| Vergütungsstahl, gehärtet | ca. 45–60 HRC | CBN, Schneidkeramik | ca. 100–220 m/min | Achsen, Wellen, Buchsen |
| Werkzeugstahl | ca. 50–65 HRC | CBN, Schneidkeramik | ca. 60–160 m/min | Werkzeugkomponenten, Führungen, Rollen |
| Gehärteter Stahl allgemein | ca. 45–68 HRC | überwiegend CBN/Keramik | ca. 60–200 m/min | Passflächen, Lagersitze, Innen- und Außenkonturen |
* Orientierungswerte: Die tatsächlich geeigneten Schnittgeschwindigkeiten hängen stark vom jeweiligen Werkstoff, Härte, Schneidstoffsorte, kontinuierlichem oder unterbrochenem Schnitt, Zustellung, Vorschub und Maschinenstabilität ab.
Nützliche Fragen zum Hartdrehen
Was versteht man unter Hartdrehen?
Hartdrehen ist ein spanendes Drehverfahren zur Bearbeitung gehärteter Werkstoffe, meist ab etwa 45 bis 50 HRC. Mit verschleißfesten Hochleistungs-Schneidstoffen wie CBN oder Schneidkeramiken können selbst gehärtete Funktionsflächen toleranzgenau auf das festgelegte Endmaß bearbeitet werden.
Welche Werkstoffe eignen sich zum Hartdrehen?
Hartdrehen eignet sich vor allem für gehärtete Einsatz-, Vergütungs-, Werkzeug- und Wälzlagerstähle. Je nach Werkstoffgruppe liegen die Härten häufig zwischen etwa 45 und 68 HRC. Werkstoffhärte und Gefüge bestimmen wesentlich die Auswahl von Schneidstoff und Schnittparametern.
Welche Vorteile bietet Hartdrehen gegenüber Schleifen?
Hartdrehen ermöglicht die hochpräzise Bearbeitung komplexer Konturen mit wenigen Umspannungen. Vorteile gegenüber dem Schleifen sind kurze Bearbeitungszeiten, hohe Flexibilität und die mögliche Trockenbearbeitung. Für besonders feine oder drallfreie Oberflächen bleibt Schleifen jedoch häufig die bessere Wahl.
Welche Genauigkeiten sind beim Hartdrehen erreichbar?
Mit einer prozesssicheren Hartdrehbearbeitung können Maßtoleranzen im Bereich weniger Mikrometer und sehr feine Funktionsflächen erreicht werden. Abhängig von Werkstoff, Härte, Maschine, Werkzeug und Bearbeitungsbedingungen sind Oberflächenrauheiten von etwa Ra 0,2 bis 0,8 µm möglich.
Weitere Fragen und Antworten
Beim Hartdrehen werden gehärtete Materialien bearbeitet, während konventionelles Drehen eher bei weicheren oder ungehärteten Werkstoffen eingesetzt wird. Zudem kommen beim Hartdrehen spezielle Schneidstoffe wie CBN oder Keramik zum Einsatz.
Das Hartdrehen erfordert sehr teure Schneidstoffe wie CBN oder Keramik und hochpräzise, steife Maschinen, was die Investitionskosten erhöht. Außerdem lassen sich extrem feine Oberflächen und engste Toleranzen häufig nur durch Schleifen erreichen.
Hartdrehen ermöglicht Oberflächengüten mit Rauheitswerten von Ra = 0,5 bis 0,8 µm, welche von der Vorschubgeschwindigkeit, dem Eckenradius der Wendeschneidplatte und dem Einstellwinkel des Werkzeughalters abhängig sind.
Es werden besonders steife, vibrationsarme Präzisions-Drehmaschinen benötigt, häufig mit modernen CNC-Steuerungen und angetriebenen Werkzeugen.
Die Schneidstoffe und Werkzeugkonzepte sollten beim Hartdrehen auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmt sein. Als Werkzeuge kommen dabei meist Solid-Wendeschneidplatten aus CBN, Keramik oder beschichteten Hartmetall zum Einsatz.
Beim Hartdrehen werden zur Bearbeitung meist kein Kühlschmierstoffe verwendet, da die Kontaktzeiten zwischen Werkzeug und Materialoberfläche sehr kurz sind und deshalb eine starke Hitzeentwicklung vermieden wird.
Die Kosten zum Hartdrehen sind von verschiedenen Faktoren wie Arbeitsaufwand, Material oder Bestellmenge abhängig und liegen im Bereich von ca. 70 bis 140 Euro pro Maschinenstunde.
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