Werkzeuge für die Metallbearbeitung: Eine Übersicht

Handwerkzeuge sind nach wie vor von großer Bedeutung für die Metallbearbeitung. Sie werden genutzt, um verschiedene Produkte herzustellen, von kleinen Schmuckstücken bis hin zu Bauteilen und großen Konstruktionen aus Metallen. Bei Reparaturen im Innen- und Außenbereich von Gebäuden lassen sie sich ebenso einsetzen wie für Arbeiten an Fahrzeugen oder Maschinen.

Hämmer

Hämmer gehören zu den wichtigsten Werkzeugen für die Metallbearbeitung. Sie werden für zahlreiche Aufgaben benötigt. Ihre Wirkweise beruht auf der gezielten Krafteinwirkung auf eine bestimmte Stelle. Einen Hammer, der für alles passt, gibt es nicht. Von der Kopfform und dem Gewicht bis hin zur Stiellänge und dem Material ist jeder Hammertyp für eine bestimmte Aufgabe konzipiert. Daher ist es wichtig, dass du immer den richtigen Hammer für die jeweilige Aufgabe wählst.

Hämmer bestehen aus einem Stil und einem Kopf. Hammerstiele sind unterschiedlich lang, was sich auf die Hebelwirkung und die Kontrolle des Werkzeugs auswirkt. Sie sind meist aus Holz, Glasfaser oder Stahl gefertigt. Der Kopf von harten Hämmern besteht aus Stahl oder Metalllegierungen. Bei weichen Hämmern wird Gummi oder Polyurethan verwendet. Gewicht sowie Form und Größe der Schlagfläche entscheiden darüber, für welche Aufgaben sich ein Hammer eignet.

Zu den häufig verwendeten Hämmern für die Metallbearbeitung zählen:

• Schlosserhammer: Klassiker unter den Hammerarten, Stahlkopf, quadratische und spitz zulaufende Seite, für Nägel, Stifte, Dübel, Kopfgewichte 50 g bis 500 g (schwere bis 2000 g).
• Kugelhammer: Gewölbte Schlagfläche, geeignet zum Vernieten, Treiben von Blechen, Nägel und Stifte ohne Kontakt zur Werkstückoberfläche.
• Fäustelhammer: Kurzer Stil, schwerer Kopf mit zwei quadratischen Schlagflächen, Kopfgewicht über 1 kg, ideal zum Schlagen eines aufgesetzten Werkzeugs.
• Schmiedehammer: Verschiedene Typen, Vorschlaghammer mit Kopfgewicht mindestens 5 kg und Stiellänge über 60 cm, beidhändig geführt, Hilfshämmer ähneln Schlosserhämmern, jedoch gedrungenere Form.

Feilen

Eine ebenso wichtige Rolle spielen Feilen in der Metallbearbeitung. Sie tragen das Metall in Spänen ab. Mit diesen Werkzeugen kannst du Metalle formen und Unebenheiten auf der Oberfläche entfernen. Deswegen werden Feilen für die Nachbearbeitung von Werkstücken verwendet. Sehr feine, schmale Feilen gehören zur Arbeitsausstattung von Goldschmieden und Uhrmachern. Mit groben Feilen lassen sich härtere Metalle und größere Metallobjekte bearbeiten. Raspeln ähneln den Feilen und zählen ebenfalls zu den spanabhebenden Werkzeugen. Sie tragen mehr Material ab als Feilen. Allerdings eignen sie sich besser für weichere Materialien und deswegen nicht für alle Metalle.

Die kleinen Einkerbungen auf dem Feilenblatt heißem Hiebe. Sie sind für den Spanabtrag verantwortlich. Form und Zahl der Hiebe entscheiden über die Wirkung der Feile auf die Oberfläche des Werkstücks. Die Hiebnummer gibt die Hiebzahl pro Zentimeter an und wie grob oder fein die Feile arbeitet. Eine Grobfeile ist durch die Hiebnummer 0 gekennzeichnet, eine Feinschlichtfeile durch 5.

Feilen gibt es in zahlreichen Formen für unterschiedliche Einsatzzwecke. Flachfeilen eignen sich besonders gut für die Bearbeitung von ebenen Oberflächen und scharfen Kanten. Mit der Vierkantfeile kannst du beispielsweise Nuten, Innenecken und rechteckige Löcher feilen. Für Löcher und Rundungen eignet sich eine Rundfeile oder eine Halbrundfeile. Letztere lässt sich auch für flache oder konkave Oberflächen nutzen. Dreikantfeilen dienen dem Feilen von Innenecken oder -winkeln und als Entgratungswerkzeug.

Zangen

Zangen  haben sich als Werkzeug mit zahlreichen Einsatzmöglichkeiten bewährt. In der Metallbearbeitung dienen sie beispielsweise dem Halten von Werkstücken, dem Biegen und Positionieren von Drähten oder dem Schneiden von Metall. Zangen bestehen aus einem Kopf mit Backen, einem Drehpunkt und zwei Griffen. Die Position des Drehgriffs sowie Form und Länge der Griffe entscheiden darüber, wie viel Kraft du mit der Zange ausüben kannst.

Wichtige Zangentypen sind:

• Spitzzange: Spitz zulaufende Zange mit dünnen Backen, ermöglicht präzises Arbeiten, häufig in der Elektrobranche und Schmuckherstellung verwendet, Varianten mit abgewinkelten Backen für schwer zugängliche Stellen.
• Rundzange: Zwei runde, konisch zulaufende Backen, ideal zum Biegen von Draht.
• Seitenschneider: Zange mit Schneiden, Drehpunkt nahe an den Schneiden für gute Hebelwirkung beim Zertrennen von Metall.
• Wasserpumpenzange: Zum Greifen und Festhalten von Rohren, Muttern oder Flachmaterial, Öffnungsweite über Gleitgelenk flexibel einstellbar.
• Feststellzange: Kleine Schraubstockzange, hält Objekte während des Arbeitens fest.
• Kombizange: Multifunktionswerkzeug zum Greifen und Halten kleinerer Objekte, mit Schneide zum Durchtrennen von Drähten ausgestattet.

Schraubstöcke

Aus Sicherheitsgründen ist die Fixierung eines Werkstücks während der Metallbearbeitung wichtig. Außerdem erlaubt sie ein präzises Arbeiten, da das Werkstück nicht verrutschen kann. In einigen Fällen kannst du Schraubzwingen für das Fixieren verwenden. Das häufigste Hilfsmittel ist jedoch der Schraubstock. Er ermöglicht das Einspannen des Werkstücks zwischen zwei Backen, die mithilfe einer Spindel bewegt werden. Für manuelle Arbeiten eignen sich Werkbankschraubstöcke. Maschinenschraubstöcke werden in Kombination mit Werkzeugmaschinen eingesetzt.

Es gibt zahlreiche Ausfertigungen. Einfache Modelle bestehen aus Grauguss, besonders stabile Modelle aus Stahl. Einige haben einen drehbaren Fuß. Die Art und Breite der Backen sowie Spannweite und Spanntiefe entscheiden darüber, welche Werkstücke du sicher einspannen kannst. Anhand der Spannkraft erkennst du, wie fest sich das Werkstück fixieren lässt. Multiachsen-Schraubstöcke erlauben dir unterschiedliche Befestigungs- und Spannmöglichkeiten.

Maßwerkzeuge sind für eine präzise Metallbearbeitung unerlässlich. Im Maschinenbau und in der Metallverarbeitung werden analoge und digitale Messschieber genutzt, um präzise Abmessungen von Metallkomponenten sicherzustellen. Außerdem kannst Du Messschrauben und Winkelmesser verwenden, um die Maße deiner Werkstücke exakt zu ermitteln.

Messschrauben - auch Mikrometer genannt - sind analoge oder digitale Präzisionsinstrumente, die eine sehr genaue Messung erlauben. Es gibt Mikrometer für Innenabmessungen und für Außenabmessungen von Werkstücken. An den Maßen, der Messtiefe und dem Messbereich des Instruments erkennst du, ob sich das Instrument für deine Zwecke eignet. Die Messabweichung zeigt an, wie genau das Gerät arbeitet.

Für die Kontrolle von Innen- und Außenwinkeln an Werkstücken und das Übertragen von Winkeln stehen Messgeräte wie Anschlagswinkel oder Zentrierwinkel sowie Gradmesser zur Verfügung. Digitale Winkelmessgeräten erlauben dir ein sehr schnelles und komfortables Ermitteln eines Winkels.

Bei großen Werkstücken, sehr harten Metallen oder großflächigen Arbeiten an Metalloberflächen reichen Handwerkszeuge nicht immer aus. Hier ist der Einsatzbereich von maschinellen Werkzeugen. Die Bearbeitung von Metall verlangt den Maschinen viel ab. Sie benötigen einen leistungsfähigen Motor. Außerdem müssen die Werkzeugteile, die mit dem Werkstück in Kontakt kommen, speziell für die Bearbeitung des entsprechenden Metalls geeignet sein. Bei längerem Arbeiten mit Metall ist eine fachgerechte Kühlung wichtig, um eine Überhitzung der Werkzeuge zu vermeiden.

Bohrmaschinen

Für das präzise Bohren von Metall stehen dir Handbohrmaschinen oder Säulenbohrmaschinen zur Verfügung. Elektrisch angetriebene Handbohrmaschinen eignen sich vor allem für kürzere Arbeiten und den mobilen Einsatz. Säulenbohrmaschinen sind fest installiert. Sie ermöglichen das präzise Bohren von kleineren bis mittleren Werkstücken, die in einem Maschinenschraubstock befestigt werden. Viele Modelle sind mit industriellen Antriebsmotoren, Sicherheitsvorrichtungen und unterschiedlichen Bearbeitungsoptionen ausgestattet. Zum Arbeiten muss an der Bohrmaschine ein passendes Bohrfutter angebracht werden, das den Bohrer aufnimmt.

Die Auswahl des richtigen Bohrers ist entscheidend für ein optimales Arbeitsergebnis. Spiralbohrer für Metall werden bevorzugt aus High Speed Steel (HSS) hergestellt. Dieser hochlegierte Werkzeugstahl ermöglicht eine deutlich höhere Schnittgeschwindigkeit im Vergleich mit anderen Werkzeugstählen. Die preiswerten HSS-R-Bohrer eignen sich für einfache Arbeiten mit der Handbohrmaschine. HSS-G-Bohrer haben geschliffene Spitzen. Die beschichteten HSS-TiN Bohrer zeichnen sich durch eine hohe Standzeit aus.

Spiralform und Schneidengeometrie eines Bohrers entscheiden darüber, für welches Material es sich am besten eignet. Typ N mit Normalspirale setzt du für Nichteisenmetalle, Baustähle oder Gusseisen ein. Typ W mit kurzer Spirale ist für weichere Materialien gedacht, etwa dünnes Leichtmetall. Bohrer vom Typ H haben eine lang gezogene Spirale. Sie eignen sich für sehr harte Werkstoffe wie legierten Stahl.

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Drehmaschinen

Zu den gängigen Bearbeitungsverfahren von Metall gehört das Drehen. Bei dieser Technik rotiert das Werkstück, während die Drehmaschine mithilfe eines Drehmeißels Späne abträgt. Diese Methode eignet sich beispielsweise zur Herstellung von zylindrischen Teilen wie Achsen, Wellen oder Kleinteilen. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, ein Werkstück durch Drehen zu bearbeiten und verschiedene Formen zu erzeugen. Dazu gehören, Plandrehen, Kegeldrehen. Längsdrehen oder Gewindeschneiden.

Für einzelne Teile oder Kleinteile werden meist Universaldrehmaschinen eingesetzt. Sie erlauben eine präzise Bearbeitung verschiedener Metalle. Damit die Schwingungen während des Betriebs die Präzision nicht beeinträchtigen, sind Untergestell und Maschinenbett schwingungsgedämpft. Das Werkzeug wird auf einem Schlitten eingespannt, den ein Vorschubgetriebe bewegt. Längere Werkstücke lassen sich mit einem Reitstock abstützen. Das Drehfutter nimmt das Werkstück auf. Dreibackenfutter eignen sich für Werkstücke mit einer ungeraden Anzahl von Kanten, Vierbackenfutter für Werkstücke mit einer geraden Anzahl.

Fräsmaschinen

Beim Fräsen wird ein Werkstück aus Metall in eine gewünschte Form gebracht. Dabei trägt ein schnell rotierendes Fräswerkzeug Späne vom Werkstück ab. Der Fräsvorgang lässt sich über Schnittgeschwindigkeit, Vorschubbewegung, Eingriffswinkel und Schnittbreite steuern. Beim Gegenlauffräsen sind Vorschub und Wirkbewegung des Fräsers gegeneinander gerichten, beim Gleichlauffräsen in die gleiche Richtung. Verschiedene Frästechniken wie das Rundfräsen, Planfräsen, Formfräsen oder Profilfräsen erlauben die Erzeugung ebener Flächen, Nuten oder komplexen Konturen.

Für das Metallfräsen lassen sich vertikale und horizontale Fräsmaschinen einsetzen. Bei Vertikalfräsmaschine befindet sich das Schneidwerkzeug in vertikaler Ausrichtung. Die Vorteile dieses Maschinentyps liegen in seiner guten Verfügbarkeit und der einfachen Bedienung. Die horizontale Ausrichtung des Fräswerkzeugs bei Horizontalfräsmaschinen ermöglicht eine bessere Schneidleistung und höhere Präzision und damit auch komplexere Formen.

Schleifmaschinen

Das Schleifen trägt überschüssiges Material von Metalloberflächen ab. Häufig ist Schleifen Teil der Nachbearbeitung von Werkstücken oder der Oberflächenveredelung. Für ein gutes Schleifergebnis bei Metall brauchst du das richtige Schleifmittel. Es gibt natürliche Kornwerkstoffe wie Quarz, Korund oder Naturdiamant und künstliche Schleifmittel wie Siliziumcarbide oder kubisches Bornitrid (CBN). Alle Schleifmittel sind mit verschiedenen Korngrößen erhältlich, die zu unterschiedlichen Arbeitsergebnissen führen. Für einwandfreies Schleifen muss das abgenutzte Schleifmittel regelmäßig ausgetauscht werden. Für die Oberflächenveredelung empfiehlt sich ein mehrfaches Schleifen mit immer feiner werdenden Körnungen.

Du hast die Möglichkeit, manuell mit Schleifpapier zu Werke zu gehen. Für kleine Werkstücke und Oberflächen ist das eine geeignete Methode. Doch für große Metalloberflächen sorgen Schleifmaschinen für bessere Ergebnisse. Du hast verschiedene Schleifmaschinentypen zur Auswahl:

• Bandschleifer: Die Schleifarbeit bei der Bandschleifmaschine erledigt ein Schleifband, das über zwei Rollen läuft. Diese Art von Schleifmaschine eignet sich besonders gut, um rasch große Flächen zu bearbeiten.
• Tellerschleifer: Tellerschleifgeräte sind meist stationär. Das Schleifmittel befindet sich auf einem runden, rotierenden Teller, an den das Werkstück angelegt wird. Tellerschleifer eignen sich für die Bearbeitung von Kanten, Rundungen oder Gehrungen.
• Winkelschleifer: Bei dieser Schleifmaschine überträgt das Getriebe das Drehmoment im rechten Winkel auf die Schleifspindel. Der vielseitige Winkelschleifer eignet sich zum Trennen und für den Oberflächenschliff. Für verschiedene Arbeiten wie Entgraten, Rost abtragen oder Finishen gibt es unterschiedliche Schleifscheiben.

Beim Schneiden von Metall spielen die Härte des Materials und die Dicke des Werkstücks eine Rolle. In einigen Fällen eignen sich traditionelle Schneidewerkzeuge wie Sägen, in anderen Fällen sind thermische Schneidetechniken wie das Plasmaschneiden erforderlich.

Sägen

Für das Sägen von dünneren Leisten aus Metall, Rohren oder Blechen reichen Handsägen aus. Meistens handelt es sich dabei um eine größere Bügelsäge. Der Name bezieht sich auf die Bauart des Werkzeugs. Das Sägeblatt ist in einen Bügel eingespannt, der ein Verbiegen des Blatts verhindert und somit die Arbeit erleichtert. Beim maschinellen Sägen werden häufig Kreissägen verwendet. Sie haben ein kreisrundes Sägeblatt. Für den mobilen Einsatz oder kleinere Arbeiten eignen sich handgeführte Geräte. Für professionelle Zwecke gibt es stationäre Geräte. Bei Bandsägen für die Metallbearbeitung ist das Sägeblatt zu einem Ring geschweißt oder verlötet und wird über Rollen geführt.

Für die Metallbearbeitung sind spezielle Sägeblätter erforderlich, das gilt insbesondere für Stahl und Edelstahl. Sie sind aus Schnellarbeitsstahl (HSS) gefertigt oder zum Teil aus Hartmetall (HW) und zum Teil aus Chrom/Titan (CT). Generell haben sie mehr Zähne als Sägeblätter für Holz oder Kunststoff. Das können bis zu 32 TPI (teeth per inch) sein. Zudem weisen Sägeblätter für Metall spezifische Zahnformen auf. Bewährt hat sich Trapez-Flachzähne. Bei ihnen verteilt sich die Belastung beim Sägen gleichmäßig, was zu einer verbesserten Standzeit führt. Für härtere Metalle eignen sich kleinere Zähne, für weichere größere Zähne. Die Zahnstellung ist neutral bis leicht negativ.

Die Sägeblätter von Sägen für die Metallbearbeitung musst du regelmäßig mit einem Kühlmittel benetzen, um eine Überhitzung zu vermeiden.

Schneidbrenner

Neben dem Trennen von Metall durch Schneiden gibt es thermische Verfahren. Hier wird das Metall erhitzt und so geschmolzen.

Autogenbrenner: Beim Brennschneiden mit einem Autogenbrenner wird die Schnittstelle zunächst mit einer Sauerstoff-Brenngas-Flamme auf Entzündungstemperatur gebracht. Häufig handelt es sich um Sauerstoff mit Acetylen oder Sauerstoff mit Propan. Zum Schneiden wird Sauerstoff zugeführt. Für dünne Werkstücke werden Stufendüsen, für massivere Werkstücke Block-, Ring- oder Schlitzdüsen verwendet. Die Arbeitsmethode eignet sich vor allem für unlegierte und niedrig legierte Stähle. Durch eine entsprechende Regelung der Flamme kannst du mit dem Autogenbrenner nicht nur trennen, sondern auch zwei Metallteile miteinander verschweißen.

Plasmaschneider: Für das Plasmaschneiden sind elektrisch leitfähige Metalle erforderlich. Das Werkstück muss bei dieser Methode als Anode fungieren. Der Plasmaschneider erzeugt einen Lichtbogen, der gezündet wird. Durch die hohen Temperaturen von 30.000 °C verwandelt sich das Gas, das aus der Schneiddüse tritt, in Plasma. Dieses brennt den Schnitt in das Metall. Plasmaschneiden ist ein sehr wirtschaftliches Verfahren. Es ist präzise und erfordert wenig Nachbearbeitung. Die Schnittgeschwindigkeit hängt nicht von der Metallhärte, sondern von der elektrischen Leitfähigkeit des Metalls ab. Im Gegensatz zum Autogenbrennen können auch hochlegierter oder lackierte Metalle bearbeitet werden.

Formgebende Werkzeuge erlauben das exakte Umformen von Blechen, Rohren und Metallobjekten. Sie werden sowohl im Handwerk als auch in der Fertigungsindustrie eingesetzt.

Biegemaschinen: Biegen ist eine wichtige Umformtechnik für Metalle. Biegetechniken sind sowohl in der Fertigungsindustrie als auch im Handwerk weit verbreitet. Insbesondere Bleche und Rohre werden auf diese Weise bearbeitet, um sie für einen bestimmten Einsatzzweck anzupassen. Eine spezielle Form ist das Umbiegen der Kanten von Blechen, das Bördeln genannt wird. Metall kannst du warm oder kalt biegen. Beim Kaltbiegen sind höhere Biegekräfte erforderlich. Beim Warmbiegen treten Schrumpfungen und teilweise Oberflächenveränderungen auf. Bestimmte Metalle lassen sich nur warm oder nur kalt biegen. Biegemaschinen erlauben das präzise Biegen von Metallrohren und Blechen. Je nachdem, wie viel Kraft erforderlich ist und wie groß die Metallteile sind, sind manuelle, elektrische oder hydraulische Biegemaschinen die beste Option.

Pressen: Mechanische und hydraulische Pressen sind wichtige Hilfsmittel für das Umformen von Metall. Sie erzeugen die Kraft, die beispielsweise für das Prägen und Stanzen harter Materialien erforderlich ist. Mechanische Pressen verfügen über einen Elektromotor. Es gibt verschiedene Konstruktionstypen, etwa Exzenterpressen und Kniehebelpressen. Bei hydraulischen Pressen erfolgt die Krafterzeugung über mit Flüssigkeit gefüllte Zylinder. Sie eignen sich für die Setienfertigung von Metallbauteilen für die Elektronik- und Haushaltsgeräteindustrie, von Gehäuseteilen aus Metall sowie Karosserieteilen für Fahrzeuge.

Neben dem Schleifen per Hand oder mit Schleifmaschinen ist das Polieren für die Oberflächenveredelung von Bedeutung. Durch diesen Bearbeitungsschritt erhalten Metalle eine glänzende, glatte Oberfläche. Das ist vor allem bei dekorativen Objekten gewünscht, aber auch bei Autoteilen und hochwertigen Gebrauchsgegenständen. Für das mechanische Polieren sind spezielle Poliermaschinen erhältlich. Außerdem gibt es Polierscheiben, die auf Bohr- oder Schleifmaschinen passen. Zum Polieren wird eine Polierpaste aufgetragen, die fein-, mittel oder grobkörnig sein kann. Beim chemischen Polieren sorgen Chemikalien in einem Tauchbad für den Abtrag von Verunreinigungen und Unebenheiten auf der Metalloberfläche.