Schnellarbeitsstähle werden aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften häufig für Werkzeuge und Gesenke in der Kaltumformtechnik eingesetzt. Aufgrund der reduzierten Verformungsfähigkeit hat hier die Integrität der Randzone einen entscheidenden Einfluss auf die Lebensdauer der Bauteile. Für die Hartfräsbearbeitung solcher Bauteile werden Kugelkopfwerkzeuge eingesetzt, deren Schneidengeometrie zu einer komplexen und stark veränderlichen Eingriffssituation führt.

Durch eine fünfachsige Prozessführung ist es grundsätzlich möglich, gezielt Einfluss auf die Spanbildungskinematik zu nehmen. Um dies zu realisieren, müssen die relevanten Einflussgrößen bei der Hartfräsbearbeitung beschrieben und daraus kennzahlbasierte Stellgrößen für die mehrachsige Bearbeitung mit Kugelkopfwerkzeugen abgeleitet werden.

Mit einer Auswahl an Schnellarbeitsstählen unterschiedlicher Wärmebehandlungszustände werden Analogieuntersuchungen im orthogonalen Schnitt und der Fräsbearbeitung im geraden Schnitt durchgeführt. Dabei kann gezeigt werden, dass die Randzonenschädigung sich meist in Form von Bruch, seltener auch Verformung der Primärkarbide äußert. Dabei werden insbesondere die größeren und weicheren M6C-Karbide geschädigt, während die härteren MC-Karbide in den meisten Fällen nicht beeinflusst werden. Zur Beschreibung dieses Zusammenhangs wird eine werkstoffabhängige kritische Spanungsdicke hsp,kr vorgeschlagen, bei deren Unterschreitung mit einem Anstieg der spezifischen Zerspankraft und einer starken Schädigung der oberflächennahen Karbide zu rechnen ist. Sie berücksichtigt den Einfluss von Schneidkantenverrundung, Karbidgröße und Härte.

Es kann gezeigt werden, dass die Spanungsdicke als zentrale Größe für die Prozessauslegung heranzuziehen ist. Für die Bearbeitung von vergütetem Schnellarbeitsstahl ist eine Maximierung der Spanungsdicke innerhalb der durch die Prozessstabilität vorgegebenen Grenzen anzustreben. Von Bedeutung ist, dass die durch Hartfräsen erreichbare technische Oberflächenqualität gerade für hochbelastete Bauteile nicht als alleiniges Qualitätsmerkmal herangezogen werden darf. Vielmehr muss der Prozess durch geeignete Maßnahmen so eingestellt werden, dass auch die Integrität der oberflächennahen Karbide gewährleistet bleibt. Dies kann bei einer fünfachsigen Prozessführung durch die Einhaltung bestimmter Winkelbereiche realisiert werden, die in entsprechenden Stabilitätskarten dargestellt werden.