Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide

Diese Gruppe wird in den betreffenden Normen in insgesamt neun Untergruppen eingeteilt. Von Bedeutung sind vor allem Drehen, Bohren und Fräsen.

Hinweis: Die nachfolgenden Beschreibungen sind möglichst allgemeinverständlich gehalten und daher zum Teil stark vereinfachend. Für die genauen Definitionen der einzelnen Verfahren, die zugehörigen Werkzeuge, Maschinen und erreichbaren Genauigkeiten siehe Liste der spanenden Fertigungsverfahren.

1. Drehen: Hier rotiert in der Regel das Werkstück um seine eigene Achse, und das Werkzeug fährt die zu erzeugende Kontur ab. Es dient zur Herstellung rotationssymmetrischer Bauteile wie Achsen, Wellen, Bolzen, Schrauben, Spindeln oder Radnaben.
2. Bohren, Senken und Reiben: Diese Verfahren werden wegen der ähnlichen Kinematik zusammengefasst. Bohren ist ein Schruppverfahren, Senken eine präzisere Variante davon. Am genauesten ist das Reiben, mit dem jedoch nur noch Oberflächen- und Maßfehler korrigiert werden können, jedoch keine Lagefehler.
3. Fräsen: Hier rotiert ein meist mehrschneidiges Werkzeug um seine eigene Achse. Die Vorschubbewegung ist im Gegensatz zum Bohren senkrecht zur Rotationsachse. Es dient vor allem der Herstellung von ebenen Flächen wie Nuten und Führungen für bewegte Maschinenteile. Mit modernen CNC-Maschinen lassen sich auch beliebig geformte dreidimensionale Geometrien erzeugen.
4. Hobeln und Stoßen werden wegen ihrer identischen Kinematik ebenfalls zusammengefasst. Beide haben eine geradlinige Schnittbewegung und eine schrittweise Vorschubbewegung. Außer in der Holzbearbeitung wurden sie in beinahe allen Bereichen vom Fräsen verdrängt. Weitere Ausnahmen sind das Wälzstoßen zur Herstellung von Verzahnungen und das Hobeln von Führungen für Werkzeugmaschinen.
5. Räumen: Es wird mit einem Räumwerkzeug (meist eine Räumnadel) durchgeführt, bei der die Schneiden hintereinander liegen und zunehmend größer werden. Der Vorschub ist daher im Werkzeug integriert.
6. Sägen: Es dient zum Schlitzen oder Abtrennen von Werkstücken mit einem vielzahnigen Werkzeug. Die Schnittbreite ist möglichst klein.
7. Feilen, Raspeln: Diese Verfahren werden meist manuell, manchmal auch maschinell eingesetzt. Das Werkzeug (Feile oder Raspel) verfügt über zahlreiche Schneiden, die dicht hintereinander angeordnet sind.
8. Bürstspanen: Das Spanen mit Bürsten dient meist zur Oberflächenveränderung.
9. Schaben, Meißeln: Es handelt sich um ein Spanen mit einschneidigem Werkzeug. Beim Schaben wird das Werkzeug geschoben oder gezogen, beim Meißeln schlägt ein Hammer darauf.

Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide

Beim Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide bestehen die Werkzeuge aus kleinen harten Körnern. Sie können mit einem Bindemittel zu Schleifscheiben, -steinen oder -bändern zusammengefügt oder auf einem flexiblen Träger befestigt werden, was als Spanen mit gebundenem Korn bezeichnet wird. Sie können auch lose bleiben und in Form von Pulvern oder Pasten (verteilt in einer Suspension als Trägermedium) vorliegen wie beim Läppen, was als Spanen mit losem Korn bezeichnet wird. Die erreichbaren Genauigkeiten und Oberflächenqualitäten sind besser als beim Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide, dafür sind die Verfahren weniger produktiv, sie eignen sich aber auch für sehr harte Werkstoffe. Die Fertigbearbeitung der meisten Werkstücke geschieht durch Schleifen; nur in seltenen Fällen sind andere Verfahren nötig. Die schleifenden Verfahren und das Honen zählen zum Spanen mit gebundenem Korn, die übrigen zum Spanen mit losem Korn.

Hinweis: Die nachfolgenden Beschreibungen sind möglichst allgemeinverständlich gehalten und daher zum Teil stark vereinfachend. Für die genauen Definitionen der einzelnen Verfahren, die zugehörigen Werkzeuge, Maschinen und erreichbaren Genauigkeiten siehe Liste der spanenden Fertigungsverfahren.

1. Schleifen mit rotierendem Werkzeug: Es erfordert rotierende Schleifscheiben und wird auch einfach als Schleifen bezeichnet.
2. Bandschleifen: Dazu werden Bänder verwendet, die um zwei Rollen laufen.
3. Hubschleifen: Dies erfordert Schleifsteine mit hin- und hergehender Bewegung.
4. Honen: Hier wird eine hin- und hergehende Schnittbewegung mit einer rotierenden Vorschubbewegung überlagert, sodass auf der Oberfläche gekreuzte Riefen entstehen. Das Honen dient der Oberflächenverbesserung, insbesondere von Zylinderbohrungen in Kolbenmotoren.
5. Läppen: Dazu wird mit losem Korn gearbeitet, das auf die Werkstückoberfläche gedrückt wird. Die Körner rollen über die Oberfläche und trennen mikroskopische Späne ab. Eine nicht genormte Präzisionsvariante wird als Polieren bezeichnet.
6. Strahlspanen: Hier werden die Körner mit hoher Geschwindigkeit auf das Werkstück geschleudert. Eine Variante ist das Wasserstrahlschneiden, sofern dem Wasserstrahl Körner zugesetzt werden.
7. Gleitspanen: Hier befinden sich die Werkstücke und die Schleifkörper als Werkzeuge in einer Trommel, die durch Drehung eine Relativbewegung zwischen ihnen bewirkt.

Werkstoffspektrum

Die zerspanenden Verfahren werden vorwiegend in der Metallbearbeitung eingesetzt und folgen dort in der Prozesskette auf das Gießen und das Schmieden. Die wichtigsten metallischen Werkstoffe sind Stahl, inklusive des Automatenstahls, der besonders auf die zerspanende Bearbeitung ausgelegt ist, Gusseisen und Aluminium. Ansonsten werden noch Kupferlegierungen und Titan in nennenswertem Umfang spanend bearbeitet, letzteres bereitet jedoch wegen seiner hohen Festigkeit Probleme.

In der Holzbearbeitung haben die spanenden Verfahren einen hohen Stellenwert. Dies reicht vom Fällen der Bäume und Sägen der Stämme bis zum Schleifen der Endprodukte. Grundsätzlich geeignet ist das Spanen auch für Kunststoffe und für sprödere Werkstoffe wie Glas, Graphit, Keramik und weitere mineralische Stoffe sowie für Verbundwerkstoffe wie dem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff, die seit der Jahrtausendwende als Konstruktionswerkstoffe beliebter werden, jedoch wegen ihres Aufbaus als schwer zerspanbar gelten.

Maschinen, Kostenanteile und Branchen

Etwa zwei Drittel aller produzierten Werkzeugmaschinen sind spanende Maschinen. Der Kostenanteil von Bauteilen aus dem Maschinenbau oder der Fahrzeugindustrie liegt für die spanende Bearbeitung zwischen 40 % und 70 %. Der Rest teilt sich auf das Schmieden und die Materialkosten auf. Außerdem wird das Spanen in der Luft- und Raumfahrttechnik, in der Biomedizintechnik, der Geräte- und Antriebstechnik und weiteren Branchen eingesetzt.

Produktivität und Flexibilität

Die spanenden Fertigungsverfahren – als wichtigste Gruppe der Hauptgruppe Trennen – werden häufig mit dem Gießen aus der Hauptgruppe Urformen und dem Schmieden aus der Hauptgruppe Umformen verglichen, da sie miteinander konkurrieren. Hinsichtlich der Produktivität (gefertigte Werkstücke pro Zeit) ist das Spanen diesen beiden Gruppen meist unterlegen, was am zugrundeliegenden Abbildungsprinzip liegt. Beim Gießen ist die zu erzeugende Form in der Gussform (beim Dauerformen) oder im Modell (bei verlorenen Formen) gespeichert und kann daher häufig und schnell auf das Werkstück übertragen werden. Beim Gesenkschmieden ist die Form im Gesenk enthalten. Beim Spanen dagegen muss die gewünschte Kontur mit dem Werkzeug abgefahren werden, was weniger produktiv ist, dafür jedoch deutlich flexibler. Um eine andere Werkstückgeometrie zu erzeugen, genügt es beim Spanen meist, das Werkzeug auf eine andere Bahn zu lenken, beim Gießen und Gesenkschmieden müssen dagegen erst neue und teure Werkzeuge hergestellt werden. Beim Spanen ist die Bandbreite der herstellbaren Formen kaum begrenzt, und durch die hohe Flexibilität eignet es sich für kleine Losgrößen, im Extremfall auch für Einzelstücke. Das Spanen wird allerdings ebenfalls für große Losgrößen eingesetzt, etwa in der Automobilbranche auf Transferstraßen für die Serienproduktion. Für das Gießen und Schmieden sind dagegen gewisse Mindestlosgrößen nötig, um eine wirtschaftliche Fertigung sicherzustellen. Auch bei manchen spanenden Verfahren ist die Form des Werkstücks teilweise im Werkzeug enthalten: Beim Bohren etwa entspricht der Durchmesser der Bohrung dem des Bohrers; nur die Tiefe der Bohrung wird über die Bewegung gesteuert.

Werkstoffausnutzung und Energieaufwand

Die Werkstoffausnutzung liegt beim Gießen und Schmieden bei 75 % bis 90 %. Bei der spanenden Fertigung dagegen werden zwischen 50 % und 60 % des Materials in Form von Spänen entfernt. Ähnlich sieht es mit der Energiebilanz aus: Für ein Werkstück von einem Kilogramm Masse werden beim Gießen und Schmieden zwischen 30 MJ und 50 MJ benötigt, beim Spanen dagegen zwischen 60 und 80 MJ.

Genauigkeiten

Die spanenden Verfahren erreichen meist hohe Genauigkeiten und Oberflächenqualitäten. Die erreichbaren ISO-Toleranzen (kleine Zahlen bedeuten hier größere Genauigkeit) liegen beim Gießen zwischen IT16 bis IT10, beim Schmieden zwischen IT16 und IT12 (mit Sondermaßnahmen auch bis IT8). Die spanenden Verfahren erreichen dagegen Genauigkeiten zwischen IT10 und IT7, beim Schleifen auch bis IT5. Bei den Oberflächenqualitäten, gemessen als gemittelte Rautiefe R_z, verhält es sich ähnlich: Beim Gießen und Schmieden liegen die Werte zwischen 1000 µm und 10 µm. Beim Spanen dagegen meist zwischen 250 µm und 10 µm, beim Schleifen sogar zwischen 16 µm und 0,25 µm.

Prozessketten

Wegen der spezifischen Vor- und Nachteile der Verfahrensgruppen werden sie häufig zu Prozessketten kombiniert. Bei Metallen wird im Allgemeinen durch Gießen und anschließendes Schmieden die zu erzeugende Form grob herausgearbeitet, um danach durch Spanen die endgültige Kontur zu erhalten. Auch bei Kunststoffen oder Glas gehen das Urformen und das Umformen dem Zerspanen voran. Je nach Werkstoff können oder müssen einzelne Schritte ausgelassen werden: Gusseisen lässt sich nicht schmieden und wird meist unmittelbar nach dem Guss durch Zerspanen in die Endform gebracht. Auch Keramik, Natur- und Kunststein lassen sich nicht umformen. Nur wenige Holzwerkstoffe lassen sich urformen. Vollholz lässt sich nur durch besondere Verfahren umformen (Bugholz). Das Spanen steht bei der Holzverarbeitung im Vordergrund.

Das Spanen metallischer Werkstoffe lässt sich in mehrere Schritte aufteilen: Am Anfang steht die spanende Grobbearbeitung (Schruppen). Da sich die Werkstücke durch die hohen Bearbeitungskräfte verziehen und verfestigen, ist manchmal ein Normalglühen notwendig, um das Gefüge zu normalisieren und die anschließende Feinbearbeitung (Schlichten) zu ermöglichen. Für das Schruppen und Schlichten werden Verfahren angewendet, die zum Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide zählen, insbesondere Drehen, Fräsen und Bohren. Danach wird das Werkstück gehärtet, beispielsweise durch Vergüten. Die Fertigbearbeitung geschieht dann meist durch Schleifen. Diese Aufteilung hat mehrere Gründe: Zum einen ist das Schleifen nicht sehr produktiv und eignet sich wenig für weiche (ungehärtete) Werkstoffe, zum anderen ist mit dem Drehen, Fräsen und Bohren unter normalen Umständen die Bearbeitung gehärteter Werkstoffe nicht möglich, auch nicht in der gewünschten Genauigkeit. Außerdem verändert sich durch das Härten leicht die Form der Werkstücke, sodass die Fertigbearbeitung erst danach geschehen kann.

Bei Industriekeramik und Produkten der Pulvermetallurgie geschieht das Spanen häufig vor dem Sintern, also bevor die endgültige Härte des Werkstücks erreicht wird. Weil die Grünkörper bearbeitet werden, gibt es dafür die englische Bezeichnung green machining. Nicht möglich ist dies bei Verbundwerkstoffen mit besonders harten Komponenten. Zur Lösung solcher Probleme gibt es etwa seit dem Jahr 2000 besondere Anstrengungen.

Gegen Ende des 20. Jahrhunderts begannen die Grenzen zwischen den einzelnen Prozessschritten zu verschwimmen: Gießen und Schmieden wurden immer genauer, was nachfolgende Schritte und damit vor allem die spanende Bearbeitung teilweise überflüssig werden ließ. Dies betrifft vor allem das Druckgießen und das Thixogießen sowie das Präzisionsschmieden, Thixoschmieden und Fließpressen. Auf der anderen Seite wurden Sondervarianten von spanenden Verfahren entwickelt, die die Produktivität deutlich verbesserten. Dazu zählt beispielsweise das Hochgeschwindigkeitszerspanen. Auch innerhalb der spanenden Verfahren kam es zu Veränderungen: Das Schleifen wurde immer produktiver und konnte das Drehen oder Fräsen ersetzen. Diese Verfahren wurden ihrerseits immer genauer, sodass auf ein nachfolgendes Schleifen verzichtet werden konnte. Außerdem konnte man mit superharten Schneidstoffen auch gehärtete Werkstoffe durch Drehen und Fräsen bearbeiten (Hartzerspanen).

Urgeschichte

Das Spanen gehört zu den ältesten Bearbeitungsmethoden der Menschheit. In der Altsteinzeit konnte man mit einfachen Steinwerkzeugen wie dem Faustkeil schaben, bohren und kratzen und mit dem Schlagstein meißeln. Der Feuerstein war wegen seiner Härte und seiner Spaltbarkeit ein wichtiges Rohmaterial für Waffen und Werkzeuge, für den sich spezifische Schlagtechniken entwickelten. Genauer untersucht ist die Levalloistechnik der Neandertaler.

Seit dem Mesolithikum gibt es Steinwerkzeuge, die ihrer Form nach als Sägen eingesetzt wurden. Seit dem Neolithikum sind Steinaxtklingen mit sauber gebohrten Löchern für Schäfte aus Holz bekannt. Es ist seit dem 19. Jahrhundert vermutet worden, dass man damals schon Fiedelbohrer dazu genutzt habe, die mit einem Bogen in eine hin- und hergehende Rotation versetzt werden. Mangels archäologischer Nachweise ist dies jedoch Spekulation.

Altertum

Im Altertum kamen das Feilen, Raspeln, Hobeln und Drehen hinzu, was vor allem für die Bearbeitung von Holz eingesetzt wurde, etwa beim Haus- oder Schiffbau. Im kunsthandwerklichen Bereich wurden auch Horn, Elfenbein oder Bernstein zerspant. Das handwerkliche Meißeln von Stein erreichte Höhepunkte in Bauwesen und Kunst. Das Feilen wurde auch von Schmieden in der Metallbearbeitung eingesetzt. Für das Schleifen, Drehen und Bohren wird der Gebrauch von einfachen Maschinen vermutet. Viele Funde legen nahe, dass die Ägypter früh schon eine Drehmaschine verwendeten. Die erste bildliche Darstellung einer Zugschnurdrehbank stammt allerdings erst aus dem Grab des Petosiris aus dem 4. Jh. v. Chr. Das Werkstück wird hier von einer Schnur umschlungen, deren Enden von einem Gehilfen hin- und hergezogen wurden, sodass es rotierte und vom Handwerker mit einem Werkzeug bearbeitet werden konnte. Die Werkzeuge bestanden häufig aus Obsidian und seit Beginn der Bronzezeit immer öfter aus Bronze. Bohrwerkzeuge wurden auch zusammen mit Sand eingesetzt, sodass die Bohrung durch einen kombinierten Bohr- und Schleifprozess entstand.

In der Antike, die die erste Hälfte der Eisenzeit ausmacht, wurden Werkzeuge aus Eisen hergestellt. Dazu zählt der griechische Schneckenbohrer mit einer vierkantigen, kegelförmigen Spitze, aber stumpfen Schneiden, die nur Sägemehl abtrennten und nur in einer Drehrichtung bohrten. Eine Weiterentwicklung war der Löffelbohrer, der einfacher herzustellen war und mit seinen beiden Schneiden in beiden Richtungen bohrte. In römischer Zeit kam noch der Zentrumbohrer hinzu. Abgelöst wurden diese Werkzeuge erst im 19. Jahrhundert durch den Spiralbohrer. Für die Bearbeitung von Glas und Schmucksteinen verwendete man schon Bohrer, deren Spitzen mit Diamant­splittern besetzt waren. Außerdem waren Schleifsteine aus Bimsstein oder Schmirgel bekannt.

Mittelalter und Frühe Neuzeit

Im Mittelalter nutzte man zum Bohren die Bohrleier, die eine kontinuierliche Umdrehung erzeugte, statt der hin- und hergehenden der Rennspindel oder des Fiedelbohrers. Der Benediktinermönch Theophilus Presbyter beschrieb im 11. Jahrhundert das Härten von Feilen: Zunächst wurde Ochsenhorn verbrannt, mit Salz vermischt und über die Feilen gestreut, die dann im Ofen geglüht wurden. Anschließend wurden sie in Wasser abgeschreckt und im Ofen angelassen.

Die antike Schnurzugdrehbank wurde auf zwei unterschiedliche Weisen weiterentwickelt: Die Wippendrehbank, die insbesondere in der Holzbearbeitung genutzt wurde, ließ sich durch nur eine Person bedienen, da das eine Ende der Schnur an einer Wippe befestigt war, die mit dem Fuß betätigt wurde, und das andere Ende oberhalb der Drehbank an einer schwingenden Latte, die als Feder funktionierte. Die englische Bezeichnung „lathe“ für Drehbank stammt von dieser Latte her. Damit hatte der Arbeiter beide Hände frei, um das Werkzeug zu führen. Für die Metallbearbeitung nutzte man Drehbänke, die mit Rad- oder Kurbel­antrieb ausgestattet waren und daher eine kontinuierliche Drehbewegung sowie höhere Kräfte und Schnittgeschwindigkeiten ermöglichten. Nachteilig war, dass man für den Betrieb einen Gehilfen benötigte. Seit 1528 sind in der Schlosserei Schraubstöcke belegt, die eine präzisere Arbeit gestatteten, indem der Arbeiter beide Hände zur Führung des Werkzeugs frei hatte.

Beginn der industriellen Metallzerspanung (1500–1900)

Im 16. Jahrhundert ging man verstärkt dazu über, auch Metalle spanend zu bearbeiten. Zuvor war dafür nur das Schleifen und Feilen verbreitet. Zum Ausbohren von Kanonenrohren aus Gusseisen entstanden große Bohrwerke, die von Muskelkraft angetrieben wurden. Einige Ingenieure schrieben Maschinenbücher, in denen solche Bohrwerke abgebildet und beschrieben sind. Zu diesen Autoren zählt unter anderem der Artilleriehauptmann Vannoccio Biringuccio mit seinem zehnbändigen Werk De la pirotechnia („Von der Feuerwerkskunst“, Venedig 1540). Praxis außerhalb des Kriegshandwerks wurde noch nicht unbedingt geschätzt. Biringuccio beschrieb allerdings nicht nur Waffen, sondern begründete die Metallurgie. Höher angesehen war Jacques Bessons in der Gelehrtensprache Latein verfasstes Buch Theatrum instrumentorum et machinarum („Theater der Instrumente und Maschinen“), auf dessen Schautafeln auch Drehbänke abgebildet sind. Wie der Titel schon sagt, waren diese komplizierten Maschinen eher zum Betrachten und Staunen als zur Konstruktion gedacht. Der Mönch und Botaniker Charles Plumier setzte einige dieser Ideen hundert Jahre später in die Praxis um und publizierte 1701 ein häufig aufgelegtes Buch L’Art de Tourner („Die Kunst des Drehens“), in dem er unter anderem das Kopierdrehen und Ovaldrehen mit mechanischen Steuerungen (z. B. Kurvenscheiben) und Schablonen beschrieb.

In der von Denis Diderot ab 1751 herausgegebenen Encyclopédie ou Dictionnaire raisonné des sciences, des arts et des métiers (ungefähr: „Enzyklopädie oder kritisches Wörterbuch der Wissenschaften, Techniken und Berufe“) wurden alle Zerspanungstechniken jener Zeit dokumentiert. Zur Herstellung leistungsfähigerer Werkzeuge und Maschinen brauchte man allerdings jene Werkzeuge und Maschinen, die man noch nicht hatte. Diese Paradoxie zeigt sich am deutlichsten in der Entwicklung der Dampfmaschine: Im 18. Jahrhundert wurden Bohrwerke zur Fertigung der gusseisernen Zylinder benötigt. Zu Beginn des Jahrhunderts hatte man noch große Probleme, die Zylinder in der benötigten Genauigkeit herzustellen. John Smeaton verbesserte in Details sowohl die Dampfmaschinen als auch die Bohrwerke. James Watt hatte nach seiner entscheidenden Verbesserung der Dampfmaschine (Patent von 1769) Probleme mit der Fertigung der Zylinder. Erst John Wilkinson gelang es 1775, durch eine doppelt gelagerte Welle die Schwingungen des Bohrers zu reduzieren und damit die Genauigkeit deutlich zu verbessern. Die Dampfmaschine selbst ermöglichte und beschleunigte die Industrialisierung, was einen vermehrten Einsatz von Eisenwerkstoffen bedeutete. Da aus der Bearbeitung von Eisenteilen auch höhere Zerspankräfte resultierten, ging man dazu über, die Gestelle der Werkzeugmaschinen ebenfalls aus Gusseisen oder Stahl zu fertigen.

Im Laufe der Industrialisierung etablierte sich eine Prozesskette für die Metallbearbeitung: Zunächst wurde durch Gießen und Schmieden die zu erzeugende Form grob herausgearbeitet. Anschließend wurde die Form durch Drehen, Bohren und Hobeln genauer herausgearbeitet. Zuletzt wurden die Werkstücke durch Schleifen fertig bearbeitet.

Um große Stückzahlen zu erreichen, wurden die meisten bekannten Verfahren maschinisiert: Es entstanden Dreh-, Hobel- und Bohrmaschine. Das Fräsen war ab dem 19. Jahrhundert ein neues Verfahren, das zeitgleich mit der Fräsmaschine entstand. Es ersetzte viele Routinearbeiten mit Handwerkzeugen wie Schnitzen, Schaben oder Gravieren.

Von besonderer Bedeutung für die Werkzeugmaschinen ist Henry Maudslay, ein englischer Ingenieur und Fabrikant. Sein Einfluss auf die Entwicklung der Werkzeugmaschinen entspricht etwa demjenigen von Watt auf die Entwicklung der Dampfmaschinen. Vor allem das Drehen hatte für die Industrialisierung erhebliche Bedeutung, da damit Bolzen, Schrauben, Spindeln, Achsen und Wellen für Dampf- und Textilmaschinen gefertigt werden konnten. Um eine präzise Bearbeitung sicherzustellen, wurden Werkzeughalter in die Maschinen integriert, die über Kurbeln bewegt wurden. Meist diente eine zentrale Dampfmaschine als Antrieb für eine gesamte Fabrikhalle.

Probleme bereiteten die Werkzeuge, die noch wie im Mittelalter aus aufgekohltem Stahl bestanden. Sie verloren bei der Zerspanung von Eisenwerkstoffen aufgrund ihrer geringen Temperaturfestigkeit bereits bei Schnittgeschwindigkeiten von wenigen Metern pro Minute ihre Härte. Das Ausbohren von Watts Zylindern dauerte deshalb fast einen Monat. Erste Abhilfe kam durch einen legierten Werkzeugstahl mit Anteilen von Wolfram von Robert Forester Mushet, der auch als Mushet-Stahl bezeichnet wird. Damit waren Schnittgeschwindigkeiten von etwa 10 m/min möglich. Gegen 1870 entstanden in Amerika die ersten Drehautomaten, die zwar von einer Fachkraft eingerichtet werden mussten, aber von einem angelernten Hilfsarbeiter bedient werden konnten. Die Maschine führte sämtliche Arbeiten selbstständig aus, inklusive des Werkzeugwechsels für die verschiedenen Arbeitsgänge, nur der Werkstückwechsel wurde vom Arbeiter übernommen.

20. Jahrhundert

Gegen 1900 waren Werkzeugmaschinen erstmals genauer als Handarbeit. Bislang konnte man Teile mit hohen Genauigkeitsanforderungen, etwa für Passungen, nur grob maschinell vorarbeiten und musste sie anschließend per Hand anpassen. Die spanende Fertigung von Passteilen war auch eine Voraussetzung für die Großserienfertigung von Nähmaschinen und Fahrrädern um die Jahrhundertwende und schließlich für die Fließbandmontage von Autos bei Ford ab den 1920er Jahren. Damit standen für alle Verfahren ausreichend genaue Maschinen zur Verfügung.

Die großen Fortschritte der Zerspantechnik im 20. Jahrhundert lagen jedoch bei der Produktivität und der Flexibilität: Neue Schneidstoffe ermöglichten immer höhere Schnittgeschwindigkeiten und damit kürzere Bearbeitungszeiten, mechanisch und elektrisch gesteuerte Maschinen waren ebenfalls deutlich produktiver. Über das gesamte Jahrhundert hinweg wurden immer härtere Schneidstoffe entwickelt, welche die zulässigen Schnittgeschwindigkeiten permanent steigerten. Im Jahr 2000 erforderte eine Arbeit, für die man um 1900 noch 100 Minuten benötigt hatte, nur noch eine einzige Minute. Die später aufkommende numerische Steuerung erhöhte zudem die Flexibilität und ermöglichte die Fertigung von Werkstücken mit sehr komplexer Geometrie.

Wissenschaftliche Forschung

Johann Beckmann begann im 18. und 19. Jahrhundert ein neues Fachgebiet zu etablieren, das die bekannten Fertigungsverfahren beschrieb: die Technologie. Daraus entwickelte sich an den Technischen Hochschulen das Gebiet der Mechanischen Technologie. Karl Karmarsch schrieb um die Mitte des 19. Jahrhunderts ein dreibändiges Werk, in dem er die Verfahren beschrieb, ordnete und systematisierte. Dies kann als Beginn der wissenschaftlichen Durchdringung der Fertigungstechnik betrachtet werden.

Einen wichtigen Impuls erhielt die Zerspanungsforschung durch den Amerikaner Frederick Winslow Taylor. Er führte gegen 1900 verschiedene Experimente durch und verfasste ein Werk On the Art of Cutting Metals (wörtlich: „Über die Kunst, Metall zu schneiden“, New York 1906/07). Nach ihm ist unter anderem die Taylor-Gerade benannt, die einen Zusammenhang zwischen der Standzeit und der Schnittgeschwindigkeit liefert. Im frühen 20. Jahrhundert wurden an zahlreichen Technischen Hochschulen und weiteren Forschungsinstituten die Grundlagen der Zerspanung erforscht. In ungezählten Experimenten wurden beispielsweise die v₆₀-Werte für die wichtigsten Materialien ermittelt, also diejenigen Schnittgeschwindigkeiten, bei denen die Standzeit 60 Minuten beträgt. Anfang der 1930er Jahre gab es Tabellen für alle damals gängigen Schneid- und Werkstoffe mit Richtwerten für die Schnittgeschwindigkeit. In den ersten beiden Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts standen die theoretische und praktische Erforschung der Schnittkräfte im Vordergrund, aber auch der Schnittwiderstand verschiedener Werkstoffe wurde ermittelt. Grundsätze der Zerspankraftzerlegung wurden vom Drehen übertragen auf das Fräsen und Bohren. Ab den 1920er Jahren wurde vermehrt der Einfluss der Schneidengeometrie auf die Kräfte und Standzeiten untersucht. Die neuen Chrom-Nickel-Stähle, die in der Automobilindustrie häufig zerspant wurden, bereiteten dort Probleme. Daher wurde die Zerspanbarkeit dieser Werkstoffe mit umfangreicher Unterstützung durch die Stahl- und Automobilindustrie erforscht. Außerdem entstanden die ersten Forschungsansätze über die Spanbildung, und -entstehung, der Oberflächenprüfung und der Temperaturmessung beim Spanen. Etwa zeitgleich wurde der Begriff der Zerspanbarkeit, der anfangs nur durch die Standzeit gemessen wurde, ausgedehnt und berücksichtigte nun zusätzlich die auftretenden Kräfte, Temperaturen und die erreichbare Oberflächengüte.

In Deutschland befassten sich eine ganze Reihe von Forschern mit der Zerspanung, darunter Adolf Wallichs, Heinrich Schallbroch, Max Kronenberg (1894–1972), Franz Koenigsberger (1907–1979), Karl Gottwein, Ewald Sachsenberg, Georg Schlesinger und Friedrich Schwerd. Vom Verein Deutscher Ingenieure wurde im Rahmen der Zeitschrift Maschinenbau 1926 das Sonderheft Zerspanen herausgegeben, mit Beiträgen namhafter Autoren zu aktuellen Problemen der Forschung. In anderen europäischen Ländern wurde nur sporadisch auf diesem Gebiet geforscht. In den USA dagegen waren zahlreiche Fachleute tätig. Der Begriff der „machinability“ entwickelte sich dort ähnlich wie „Zerspanbarkeit“ von der ausschließlichen Berücksichtigung der Standzeit hin zur Einbeziehung von Kräften und erreichbaren Oberflächengüten. In den 30er Jahren entstanden umfangreiche Tabellen über die Zerspanbarkeit der wichtigsten Werkstoffe, die alle diese Kriterien berücksichtigten. In den Mittelpunkt der Forschungen rückte nun das Fräsen. Ermittelt wurden nun auch die Temperaturverteilungen auf dem Werkzeug sowie der zeitliche Ablauf der Spanbildung mittels Kinematografie.

In der zweiten Hälfte des Jahrhunderts fand Otto Kienzle eine einfache Methode zur Ermittlung der Zerspankraft. In den letzten Jahren des 20. Jahrhunderts wurde die Finite-Elemente-Methode immer häufiger für komplexe Berechnungen genutzt.

Das Zerspanen von Holz wurde zu allen Zeiten praktiziert, wird aber erst seit der Mitte des 20. Jahrhunderts systematisch erforscht. Dies mag daran liegen, dass sich Holz „im allgemeinen gut und leicht bearbeiten lässt, andererseits als organisches ‚inhomogenes‘ Gebilde im Gegensatz zu Metallen die Aufstellung allgemeiner Richtlinien für die Zerspanung erschwert“. Metalle bildeten die größere Herausforderung für die Fertigungstechnik und versprachen einen größeren wirtschaftlichen Nutzen.

Bewegungen

Die Spanungsbewegung besteht aus zwei Komponenten: der Schnittbewegung und der Vorschubbewegung. Ihre Art und ihre Richtung zueinander werden dazu genutzt, die verschiedenen Verfahren voneinander abzugrenzen. Für das Ergebnis ist die relative Bewegung zwischen Werkzeug und Werkstück ausschlaggebend. Ob das Werkzeug die Bewegung durchführt und das Werkstück stillsteht oder andersherum, ist nur für die Konstruktion der Maschinen von Bedeutung.

Die Schnittbewegung führt zur Spanabnahme während einer Umdrehung oder eines Hubes. Bei Verfahren mit rotierender Bewegung, also dem Drehen, Bohren, Fräsen und Sägen mit Kreissägen, handelt es sich bei der Schnittbewegung um eine rotatorische Bewegung. Beim Hobeln, Stoßen, Feilen und Sägen mit Bügelsägen handelt es sich um eine hin- und hergehende Bewegung. In die Richtung der Schnittbewegung wirken auch die Schnittgeschwindigkeit ${\displaystyle v_{c}}$ und die Schnittkraft ${\displaystyle F_{c}}$ (c; englisch cut = Schnitt).

Die Vorschubbewegung ist diejenige Komponente, die eine fortdauernde Spanabnahme erlaubt. Beim Bohren ist dies beispielsweise das Eindringen des Bohrers in die Bohrung, bei den Sägeverfahren das Eindringen in die Nut. Sie kann schrittweise erfolgen, zwischen den Hüben wie beim Hobeln, Stoßen und Feilen, oder kontinuierlich wie beim Bohren, Fräsen, Drehen und Sägen. In die Richtung der Vorschubbewegung wirken auch die Vorschubgeschwindigkeit ${\displaystyle v_{f}}$ und die Vorschubkraft ${\displaystyle F_{f}}$ (f; englisch feed = Vorschub).

Die Wirkbewegung ist die Resultierende aus Schnitt- und Vorschubbewegung. Dementsprechend ist die Wirkgeschwindigkeit ${\displaystyle v_{e}}$ (e; englisch effective = Effektiv) die Resultierende der beiden Komponenten. Die resultierende Kraft wird Aktivkraft ${\displaystyle F_{a}}$ genannt; sie ist ein Teil der Zerspankraft ${\displaystyle F}$.

Der Winkel zwischen der Schnitt- und Vorschubrichtung ist der Vorschubrichtungswinkel ${\displaystyle \varphi }$ (phi). Bei Verfahren mit rotierendem Werkzeug wie dem Fräsen ändert er sich während einer Umdrehung. Bei den anderen Verfahren beträgt er konstant 90 °. Der Winkel zwischen Schnitt- und Wirkrichtung wird Wirkrichtungswinkel ${\displaystyle \eta }$ genannt.

Späne

Unter der Spanbildung versteht man die verschiedenen Arten der Entstehung von Spänen. Sie unterscheiden sich im Detail je nach Verfahren, Härte des Werkstoffs und vielen weiteren Einflüssen. Der Werkstoff wird zunächst am Werkzeug angestaucht, wodurch sich die Schubspannungen erhöhen, bis die Fließgrenze erreicht ist. Es bildet sich ein Span aus, der über die Spanfläche des Schneidteils abläuft.

Werkzeuge

Standvermögen

Das Standvermögen bezeichnet die Fähigkeit eines Wirkpaares (Werkstück und Werkzeug), bestimmte Zerspanvorgänge durchzustehen. Sie ist umso besser, je länger es dauert, bis das Werkzeug verschlissen ist.

Kühlschmierstoffe

Kühlschmierstoffe sollen durch Schmierung Wärmeentstehung vermeiden, heiße Späne abtransportieren und heiße Werkzeuge/-stücke kühlen, um eine zu große Wärmeausdehnung zu vermeiden. Sie ermöglichen dadurch ein hohes Leistungsniveau zahlreicher Fertigungsprozesse. Da Kühlschmierstoffe teuer und gesundheitsgefährdend sind, wird versucht sie zu vermeiden. Eine Möglichkeit besteht in der Minimalmengenschmierung. Die Trockenbearbeitung dagegen kommt vollständig ohne Kühlschmierstoffe aus.

Zerspanbarkeit

Zerspanbarkeit ist die Eigenschaft eines Werkstückes oder Werkstoffes, sich unter gegebenen Bedingungen spanend bearbeiten zu lassen. Sie richtet sich nach der erzielbaren Oberflächengüte, dem Werkzeugverschleiß, der Form der Späne und der Größe der Zerspankraft.

Schneidhaltigkeit ist die Fähigkeit eines Werkzeuges, seine Schneidfähigkeit während des Zerspanens beizubehalten. Schneidfähigkeit ist die Fähigkeit eines Werkzeuges, ein Werkstück oder einen Werkstoff unter gegebenen Bedingungen zu bearbeiten. Das Standvermögen ist die Fähigkeit eines Wirkpaares (Werkzeug und Werkstück), einen bestimmten Zerspanvorgang durchzustehen. Es wird von der Qualität des Werkzeugs und der Zerspanbarkeit des Werkstoffs beeinflusst.

Zerspankraft und Leistungen

Die auf das Werkzeug wirkende Kraft wird als Zerspankraft bezeichnet. Sie setzt sich aus drei Komponenten zusammen: der Schnittkraft ${\displaystyle F_{c}}$ in Schnittrichtung, der Vorschubkraft ${\displaystyle F_{f}}$ in Vorschubrichtung sowie der Passivkraft ${\displaystyle F_{p}}$, die mit den anderen beiden Kräften jeweils einen rechten Winkel bildet. Bei den meisten Verfahren ist die Schnittkraft deutlich größer, sodass oftmals nur sie betrachtet wird. Der Betrag der Schnittkraft kann über verschiedene Methoden ermittelt werden, in der Praxis etabliert ist das Verfahren von Otto Kienzle, das sie aus der Spanungsfläche und der spezifischen Schnittkraft ${\displaystyle k_{c}}$ ermittelt. Letztere ist die auf die Spanungsfläche bezogene Schnittkraft.

${\displaystyle k_{c}={\frac {F}{A}}}$

Sie ist jedoch keine Werkstoffkonstante, sondern hängt von mehreren Einflüssen ab, insbesondere der Spanungsdicke.

Die für die Zerspanung benötigte Leistung, die Wirkleistung ${\displaystyle P_{e}}$, ergibt sich als Produkt aus der Wirkgeschwindigkeit ${\displaystyle v_{e}}$ und der Zerspankraft.

${\displaystyle P_{e}=F\cdot v_{e}}$

Diese Leistung muss der Antrieb der Maschine mindestens abgeben können. Häufig beschränkt man sich darauf, die Schnittleistung ${\displaystyle P_{c}}$ zu ermitteln, die in etwa der Wirkleistung entspricht. Sie ergibt sich aus der Schnittkraft und der Schnittgeschwindigkeit.

${\displaystyle P_{c}=F_{c}\cdot v_{c}}$

Energieumwandlung, Wärme und Temperaturen

Die mechanische Energie wird fast vollständig in Wärme umgewandelt. Dies geschieht zum einen durch Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück, zum anderen durch die Verformung des Spans. Der größte Teil der Wärme (ca. 95 %) verbleibt im Span selbst, sodass die Erwärmung des Werkzeugs und des Werkstücks vergleichsweise gering ausfallen. Da die verschiedenen Reibungen und Verformungen äußerst komplex sind, ist es bisher noch nicht gelungen, ein theoretisches Modell zu entwickeln, mit dem sich die entstehende Wärme vorausberechnen ließe. Die bisherigen Erkenntnisse beruhen auf Messungen.

Die Energie wird an verschiedenen Stellen und durch verschiedene Mechanismen umgewandelt. Die für die Verformung benötigte Energie lässt sich aufteilen in die Scherarbeit zum Scheren des Spanes in der Scherzone und die Trennarbeit, um den Span vom Werkstück abzutrennen. Reibungsarbeit ist nötig, um die Reibung zwischen Werkstück und der Freifläche des Schneidkeils sowie diejenige zwischen Span und Spanfläche zu überwinden. Ihre Anteile hängen von der Spanungsdicke ab. Bei sehr kleinen Dicken sind die Freiflächenreibung und die Trennarbeit vorherrschend. Bei größeren Dicken ist es die Scherarbeit.

Geometrien am Werkzeug

Der idealisierte Schneidkeil besteht aus zwei Flächen – der Spanfläche und der Freifläche –, die sich in der Schneide treffen. Der Winkel zwischen beiden ist der Keilwinkel. Des Weiteren wird zwischen Haupt- und Nebenschneide unterschieden. An der Nebenschneide liegen die Span- und Nebenfreifläche. Die Werkzeug-Bezugsebene liegt senkrecht zur angenommenen Schnittrichtung und im betrachteten Punkt der Schneide. Sie bildet zusammen mit der Werkzeug-Schneidenebene und der Werkzeug-Orthogonalebene ein kartesisches Koordinatensystem. Die Werkzeug-Schneidenebene enthält die Schneide und liegt senkrecht zur Werkzeug-Bezugsebene. Die Werkzeug-Orthogonalebene schneidet die beiden anderen im rechten Winkel und verläuft auch durch den betrachteten Punkt der Schneide. In diesen Ebenen sind weitere Winkel definiert, unter anderem der Werkzeug-Einstellwinkel und der Spanwinkel.

Eingriffs- und Spanungsgrößen

Eingriffsgrößen sind Größen, die an der Maschine eingestellt werden. Dazu zählen die Schnitttiefe ${\displaystyle a_{p}}$ und die Schnittbreite, auch Zustellung und Vorschub ${\displaystyle f}$ genannt. Sie beeinflussen den Spanungsquerschnitt ${\displaystyle A=a_{p}\cdot f}$ und gemeinsam mit der Schnittgeschwindigkeit ${\displaystyle v_{c}}$ das pro Zeit abgespante Volumen, das Zeitspanvolumen ${\displaystyle Q=A\cdot v_{c}}$, das eine wichtige Produktivitätskennzahl ist. Spanungsgrößen sind Größen, die die Spanbildung beeinflussen. Dazu zählen die Spanungsbreite ${\displaystyle b}$ und die Spanungsdicke ${\displaystyle h}$, die Dicke und Breite der abzutrennenden Werkstoffschicht beschreiben. Davon zu unterscheiden sind die Spandicke und -breite, die die Geometrie des abgetrennten Spanes betreffen und sich wegen der Spanstauchung von den Spanungsgrößen unterscheiden. Zwischen den Eingriffs- und Spanungsgrößen bestehen mit dem Werkzeug-Einstellwinkel ${\displaystyle \kappa }$ folgende Zusammenhänge:

${\displaystyle h=f\cdot \sin \kappa }$

${\displaystyle b={\frac {a_{p}}{\sin \kappa }}}$

${\displaystyle A=a_{p}\cdot f=b\cdot h}$

${\displaystyle Q=A\cdot v_{c}}$

Oberflächen- und Randzoneneigenschaften

Insbesondere beim Drehen sind die Spuren des Werkzeuges als Rillen oder Riefen in der Oberfläche des Werkstücks zu erkennen, die auch die Rauheit beeinflussen. Die theoretisch maximal erreichbare Rauheit ergibt sich aus dem Vorschub ${\displaystyle f}$ und dem Schneidkantenradius ${\displaystyle r}$ zu

${\displaystyle R_{t}\approx {\frac {f^{2}}{8r}}}$.

Daher wird beim Schlichten (Feinbearbeitung) ein kleinerer Vorschub gewählt als beim Schruppen. Die praktisch erreichbaren Rauheiten sind jedoch immer schlechter wegen Riefen am Werkzeug, die durch Verschleiß hervorgerufen werden. Auch das Gefüge des Werkstücks ändert sich in Oberflächennähe. Durch die hohen Bearbeitungskräfte werden einige Schichten von Körnern plattgedrückt und in Bearbeitungsrichtung gestreckt. Dadurch werden Eigenspannungen in die Werkstücke eingebracht. Außerdem treten plastische Verformungen, Härteveränderungen und Risse auf.

Wahl und Optimierung der Schnittwerte

Falls für ein bestimmtes Werkstück bereits der Rohling, das Werkzeug und die Maschine für die Bearbeitung feststehen, können immer noch zahlreiche Prozessparameter frei gewählt werden. Die wichtigsten sind der Vorschub, die Schnitttiefe und die Schnittgeschwindigkeit. Es existieren zahlreiche Tabellen mit Richtwerten, die bei kleineren Stückzahlen verwendet werden können sowie als Ausgangspunkt für Experimente für die Optimierung dienen. Dabei sind jedoch gewisse Grenzen zu beachten. Die Schnitttiefe wird meist so groß wie möglich gewählt, um mit möglichst wenigen Schnitten das Werkstück zu bearbeiten, falls das Aufmaß größer ist als die maximal mögliche Schnitttiefe. Sie wird sonst durch die Stabilität des Werkzeuges begrenzt, da es bei großen Schnitttiefen zum Rattern kommen kann, also zu Schwingungen die die Oberflächenqualität beeinflussen.

Für den Vorschub sind weitere Begrenzungen zu beachten. Er ist grundsätzlich ebenfalls so groß wie möglich zu wählen, da er das Zeitspanvolumen erhöht und damit die Bearbeitungszeit senkt. Eine obere Grenze ergibt sich durch den Einfluss auf die Rauheit des Werkstücks und durch die steigende Zerspankraft. Falls das Drehmoment des Antriebes nicht ausreicht, um an der Wirkstelle die entsprechende Kraft zu erzeugen, lassen sich hohe Vorschübe nicht realisieren. Vor allem für die automatisierte Fertigung spielt die Spanform eine Rolle, die mit steigendem Vorschub günstiger wird. Eine weitere Begrenzung ist die Mindestspanungsdicke die notwendig ist, um überhaupt eine Spanbildung zu gewährleisten.

Die Wahl der Schnittgeschwindigkeit hängt vor allem mit dem Verschleiß zusammen. Bei hohen Geschwindigkeiten steigt er oft überproportional, es sinken jedoch die Bearbeitungszeiten.

Die optimalen Schnittwerte ergeben sich durch die gesamten Fertigungskosten. Sie setzen sich zusammen aus den Maschinenkosten, den Lohnkosten und den Werkzeugkosten.

Hochgeschwindigkeitszerspanen

Das Spanen mit hohen Geschwindigkeiten (HSC-Bearbeitung, von High-Speed-Cutting) erfordert geringere Kräfte und ermöglicht bessere Oberflächen und Formgenauigkeiten sowie bei gleichem Spanungsquerschnitt niedrigere Bearbeitungszeiten. Die Grenze zwischen konventionellem Spanen und Hochgeschwindigkeitsspanen ist nicht genau definiert. Für das Drehen liegt es bei Schnittgeschwindigkeiten oberhalb von 500 m/min bis 1500 m/min. Aus den für diese Schnittgeschwindigkeiten erforderlichen hohen Drehzahlen resultieren jedoch auch hohe Fliehkräfte. Nachdem um die Jahrtausendwende die technischen Voraussetzungen für die Maschinentechnik gegeben waren, fand es in der Industrie zunehmende Verbreitung. Bei der HSC-Bearbeitung läuft die Spanbildung nach anderen Prinzipien ab, als bei konventionellen Geschwindigkeiten. Siehe Spanbildung beim Hochgeschwindigkeitsspanen.

Hochleistungszerspanen

Die Hochleistungszerspanung, im Englischen auch „High Performance Cutting“ (HPC) genannt, ist ein Verfahren, welches auf die Produktion großer Zeitspanvolumina optimiert ist.

Hierbei wird durch leistungs- und drehmomentstarke Werkzeugspindeln, hohe Schnittbreiten, Schnitttiefen und hohen Schnittgeschwindigkeiten ein hoher Materialabtrag pro Zeitspanne ermöglicht. HPC ist üblicherweise ein reines Schruppverfahren, sodass präzisere Bearbeitungsverfahren wie HSC (“High Speed Cutting”) dem HPC meist nachgelagert werden.

Insbesondere der Formenbau kann durch die HPC realisierte, wirtschaftlichere Bearbeitung von Matrizen, bedingt durch das hohe Zeitspanvolumen und deutlich verlängerte Werkzeugstandzeiten, profitieren.

Mikrozerspanen

Unter Mikrozerspanen versteht man die Bearbeitung von Werkstücken mit Werkzeugen, die im Mikrometerbereich liegen. Die Durchmesser von Fräsern oder Bohrern liegen zwischen 10 und 50 Mikrometer. Die Größe der erzeugten Strukturen liegt zwischen 10 und 1000 µm. Das Mikrospanen weist deutlich höhere Abtragraten auf als die konventionellen Verfahren der Mikrobearbeitung wie das Ätzen.

Hartzerspanen

Vom Hartzerspanen spricht man bei der Bearbeitung von Werkstoffen mit einer Härte von über 47 HRC mit Verfahren, die zum Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide zählen. Bis zur Entwicklung der superharten Schneidstoffe Bornitrid und den Schneidkeramiken war die Bearbeitung solcher Werkstoffe nur mit Schleifen und Honen möglich. Die Hartbearbeitung wird vor allem dann eingesetzt, wenn dadurch die nachfolgende Feinbearbeitung durch Schleifen entfallen kann, wodurch sich die Prozessketten verkürzen. Außerdem bietet sie Vorteile bezüglich der Energieeffizienz und der Umweltfreundlichkeit. Letzteres liegt daran, dass die Hartbearbeitung in der Regel als Trockenbearbeitung geschieht (d. h. ohne Kühlschmierstoffe), sodass die Späne ohne Sondermaßnahmen zur Trennung von Kühlschmiermittel und Spänen recycelt werden können. Beim Schleifen dagegen muss die Span-Schmiermittel-Mischung häufig als Sondermüll entsorgt werden.

Beim Hartzerspanen treten besonders hohe mechanische Belastungen der Werkzeuge und besondere Spanbildungsvorgänge auf, bei denen sich der Werkstoff trotz seiner Härte wegen der hohen Verformungsgeschwindigkeiten und mechanischen Spannungen plastisch verhält, also wie ein weicher Werkstoff. Wegen der hohen Werkzeugbelastungen sind die Schnittgeschwindigkeiten auf etwa 200 m/min begrenzt.