Oberflächenbehandlung und Nachbehandlung von Werkzeugen

Der letzte Schritt bei der Herstellung eines Werkzeugteils ist oft der, der entscheidet, wie lange das Werkzeug hält: Oberflächenbehandlung und Nachbearbeitung. Ein korrekt gehärteter Stempel mit der richtigen Oberflächenbeschichtung kann deutlich länger halten als derselbe Stempel ohne — und bei den Formflächen einer Spritzgießform entscheidet die Politur direkt darüber, welche Oberfläche das fertige Kunststoffteil bekommt.

Auch der beste Werkzeugstahl hat eine Grenze dafür, wie viel Verschleiß und Reibung er in seiner rohen Form verträgt. Eine Oberflächenbehandlung fügt eine zusätzliche Schutzschicht oder eine bessere Oberflächenqualität auf dem bearbeiteten und wärmebehandelten Stahl hinzu, ohne dass es zulasten der Festigkeit und Zähigkeit des Kerns geht.

PVD (Physical Vapour Deposition) ist ein Prozess, bei dem eine extrem dünne, harte Keramikschicht in einer Vakuumkammer auf die Werkzeugoberfläche aufgebracht wird. TiN (Titannitrid) ergibt eine charakteristisch goldene Oberfläche und gute allgemeine Verschleißfestigkeit, TiCN fügt Kohlenstoff für noch höhere Härte hinzu, und TiAlN schneidet bei hohen Temperaturen am besten ab — relevant für Werkzeuge, die im Einsatz heiß werden.

Beim Nitrieren wird der Stahloberfläche bei erhöhter Temperatur Stickstoff zugeführt, wodurch eine harte, verschleißfeste Oberflächenschicht entsteht, ohne dass das ganze Teil durchgehend wärmebehandelt werden muss. Es wird oft bei Formteilen und Stempeln verwendet, wo der Kern zäh bleiben soll, während gerade die Oberfläche dem Verschleiß aus wiederholtem Kontakt standhalten muss.

Bei einem Spritzgusswerkzeug ist die Oberfläche der Formfläche gleich der Oberfläche des Teils — eine raue Form ergibt ein raues Kunststoffteil, während eine spiegelblanke Form ein glänzendes Teil ergibt. Das Polieren erfolgt deshalb oft in mehreren Schritten mit immer feineren Schleifmitteln, und bei Sichtteilen kann die Anforderung an die Oberflächengüte so hoch sein, dass sie deutlich länger dauert als die mechanische Bearbeitung der Form selbst.

Nach der Oberflächenbehandlung werden typischerweise sowohl die Härte (mit einer Härteprüfung) als auch die Schichtdicke kontrolliert, sodass bestätigt ist, dass die Behandlung tatsächlich die gewünschte Wirkung erzielt hat, bevor das Werkzeug für die Produktion freigegeben oder an den Kunden geschickt wird.