Werkzeugstahl-Auswahl — P20, H13, S136, NAK80

Ein Einkäufer genehmigt ein Werkzeugangebot, und sechs Monate später produziert das Werkzeug bei 400.000 Schuss Grat und Maßdrift. Das Werkzeug war in P20 spezifiziert — dem billigsten Stahl im Angebot. Das Programm brauchte 2 Millionen Schuss über drei Jahre. Die beim Werkzeugkauf gesparten 3.000 $ kosten jetzt 50.000 $ an Stillstand, Reparaturen und Ausschussteilen. Die Stahlwahl war falsch — und der Fehler geschah, bevor ein einziger Block gefräst wurde.

Werkzeugstahl ist die folgenreichste Entscheidung in einem Werkzeugprojekt, weil sie sich später nicht ändern lässt. Kavität und Kern werden aus dem Stahl gefräst — ein Upgrade bedeutet ein neues Werkzeug. Dieser Leitfaden behandelt die vier Arbeitspferde plus die Spezialstähle, die Auswahl nach Produktionsmenge, Material und Werkzeugtemperatur und wann Oberflächenbehandlungen sinnvoll sind.

Was Werkzeugstahl tatsächlich leisten muss

Ein Werkzeugstahl muss vier Aufgaben gleichzeitig erfüllen, und kein Stahl ist in allen vieren der Beste:

Verschleißfestigkeit — die Schmelze erodiert Anspritzpunkte, Rippen und dünne Konturen Schuss für Schuss. Glasfasergefüllte Harze sind abrasiv; ungefüllte Standardharze nicht.
Härte — die Härte bestimmt Verschleißfestigkeit und Standzeit, aber zu viel Härte macht den Stahl spröde und schwer zerspanbar.
Korrosionsbeständigkeit — PVC, flammgeschützte Typen und einige Medizinharze setzen bei der Verarbeitung korrosive Gase frei, die ungeschützten Stahl angreifen.
Zerspanbarkeit und Polierbarkeit — der Stahl muss auf ±0,005 mm zerspant und auf die geforderte Oberflächengüte poliert werden können. Hochharte Stähle zerspanen langsam; manche Stähle polieren auf Spiegelglanz, andere nicht.

Der Auswahlprozess gleicht diese vier Aufgaben mit dem Programm ab: wie viele Schuss, mit welchem Harz, bei welcher Werkzeugtemperatur, mit welcher Oberflächengüte. Die Tabelle unten ist die Arbeitsreferenz:

Stahl	Härte	Typische Standzeit	Kostenindex	Am besten für
P20 (718H)	28–34 HRC	300K–500K	1,0×	Allround, ABS/PP/PC, Klein- bis Mittelserie
NAK80	38–43 HRC	300K–500K	1,6×	Spiegelpolitur, optische Linsen, Hochglanzflächen
H13	48–52 HRC	500K–1M+	1,4×	Hochtemperatur-Harze (PA, POM, PEEK), abrasive GF-Typen
2344	44–52 HRC	800K–1M+	1,5×	Hochdruck, Automotive, abrasive Langläufer
S136 (420SS)	48–52 HRC	500K–1M+	1,8×	Korrosive Harze (PVC), optisches PC, Medizin

Die vier Arbeitspferde

P20 (718H) — Der Standard

P20 ist vorvergüteter Werkzeugstahl mit 28–34 HRC, geliefert fräsfertig ohne Wärmebehandlung. Er ist aus gutem Grund der Standard: gute Zerspanbarkeit, akzeptable Politur, niedrigste Kosten. Für Programme unter 300.000 Schuss mit nicht-abrasiven Harzen — ABS, PP, ungefülltes PC — ist P20 die wirtschaftlich richtige Wahl, nicht die billige.

Seine Grenzen sind ebenso klar. Bei 28–34 HRC verschleißt er an Anspritzbereichen auf glasfasergefülltem Material sichtbar, die Korrosionsbeständigkeit ist minimal, und Spiegelpolitur für Optikteile hält er nicht. P20 ist eine Mengen-und-Material-Entscheidung: niedrige Schusszahl, gutmütiges Harz.

Auswahlregel: P20 für Programme unter 300K Schuss Gesamtmenge mit Standardharzen. Darüber zahlt sich der Mehrpreis von H13 vielfach über die Standzeit zurück — siehe Werkzeugwartung und Standzeit.

H13 — Das Serien-Arbeitspferd

H13 mit 48–52 HRC ist der Standard-Serienstahl: rund die doppelte Standzeit von P20, höhere Warmfestigkeit für Hochtemperatur-Harze (PA66, POM, PEEK verarbeiten alle über 270 °C, wo P20 erweicht und schneller verschleißt) und bessere Beständigkeit gegen Glasfaserabrieb.

Der Preis dafür ist Zerspanbarkeit und Kosten — H13 zerspant langsamer als P20 und schlägt mit rund 40 % mehr Stahlkosten am Werkzeug zu Buche. Bei einem 1M-Schuss-Programm ist dieser Unterschied pro Teil trivial. Bei einem 50K-Schuss-Programm ist er verschwendetes Geld.

Auswahlregel: H13 ab 500K Schuss, bei jedem glasfasergefüllten oder Hochtemperatur-Harz und bei jedem Programm, bei dem ungeplante Werkzeugwartung teurer ist als der Stahl.

S136 (420er Edelstahl) — Für Korrosives und Optisches

S136 ist rostfreier Werkzeugstahl mit 48–52 HRC. Er existiert für zwei Situationen, die P20 und H13 nicht bewältigen: Harze, die Korrosivgase ausgasen (PVC, einige flammgeschützte Typen), und Teile, die echten Spiegelglanz verlangen (optische Linsen, Lichtleiter, Hochglanz-Sichtflächen).

Der Korrosionsmechanismus zählt: PVC setzt bei der Verarbeitung Salzsäure frei, die ungeschützten Stahl innerhalb von Wochen anfrisst. Eine angefressene Kavität produziert ein texturiertes Teil, wo die Zeichnung Glanz verlangt. S136 widersteht der Säure; P20 nicht. Siehe Oberflächen- und Texturstandards für die Anforderungen jeder Güteklasse an den Stahl.

Auswahlregel: S136 für PVC, korrosive oder optische Hochglanz-Harze und Medizinteile, bei denen die Oberflächenintegrität Teil der Spezifikation ist.

NAK80 — Für Spiegelpolitur

NAK80 (38–43 HRC) ist ein ausscheidungsgehärteter Stahl, entwickelt für eine Aufgabe: Spiegelpolitur. Er poliert auf SPI A1 (Ra 0,012 μm) schneller und zuverlässiger als jeder andere gängige Werkzeugstahl — deshalb ist er die Standardwahl für optische Linsen und Hochglanz-Sichtteile.

Seine Standzeit liegt auf P20-Niveau, also ist er eine Oberflächen-Entscheidung, keine Mengen-Entscheidung.

Auswahlregel: NAK80, wenn das Teil optisch oder spiegelkosmetisch ist und die Menge keinen gehärteten Edelstahl rechtfertigt — sonst S136.

2344 — Der Langläufer-Spezialist

2344 (44–52 HRC) ist der Langzeit-Serienstahl: 800K–1M+ Schuss Standzeit, eingesetzt für Automotive- und andere Programme, bei denen das Werkzeug mehrere Produktgenerationen überleben muss. Er ist der Stahl für den Programmplan „dieses Werkzeug läuft zehn Jahre".

Auswahl nach Programmprofil

Die Stahlwahl läuft auf drei Fragen hinaus, in dieser Reihenfolge beantwortet:

1. Wie viele Schuss über die geplante Werkzeuglebensdauer?

Unter 300K → P20-Klasse
300K–500K → P20 mit Oberflächenbehandlung, oder H13 bei Abrasion
500K–1M → H13
800K+ / mehrere Generationen → 2344

2. Welches Harz?

Abrasiv (GF15–GF50, mineralgefüllt) → mindestens H13, 2344 für Langläufer
Korrosiv (PVC, FR-Typen) → S136
Hochtemperatur (PA, POM, PEEK, >270 °C) → H13 oder 2344
Standard (ABS, PP, PE, ungefülltes PC) → P20, sofern die Menge nichts anderes sagt

3. Welche Oberfläche?

Spiegel / optisch → NAK80 oder S136
VDI-Textur / Standard → jeder Stahl der Härteklasse
Allein die Polieranforderung kann auch bei einem Kleinserienprogramm ein Stahl-Upgrade erzwingen

Das Programmprofil, das am häufigsten scheitert: Großserien-Gehäuse für Unterhaltungselektronik, in P20 angeboten, weil „das Teil ist einfaches ABS". Das Teil ist einfach; die Menge ist es nicht. 2 Millionen Schuss in P20 bedeuten sichtbaren Anspritzverschleiß ab Jahr eins und Maßdrift ab Jahr zwei — bei einem Programm, das fünf Jahre laufen sollte.

Oberflächenbehandlungen: den vorhandenen Stahl strecken

Oberflächenbehandlungen verändern die Kavitätsoberfläche nach der Zerspanung und geben einem günstigeren Grundstahl zusätzliche Verschleiß- oder Korrosionsleistung:

Verchromen — legt eine harte, korrosionsbeständige Deckschicht auf P20. Standard für preiswerte Werkzeuge ohne PVC, wo moderater Korrosions- oder Verschleißschutz gebraucht wird. Schichtdicke 0,02–0,08 mm; an scharfen Kanten kann sie abplatzen.
Nitrieren — diffundiert Stickstoff in die Stahloberfläche und erhöht die Oberflächenhärte ohne Maßänderung. Wirksam auf Stählen der H13-Klasse bei abrasiven Harzen; die behandelte Schicht ist 0,1–0,3 mm tief.
PVD/CVD-Beschichtungen — dünne Keramikschichten für Anspritzbereiche und Hochverschleiß-Konturen. Wirksam, aber teuer; typischerweise reserviert für die höchstbelasteten Konturen von Serienwerkzeugen.

Die ehrliche Rechnung: Ein behandeltes P20-Werkzeug erreicht bei den Gesamtkosten eines Langzeitprogramms trotzdem kein H13-Werkzeug. Behandlungen heben einen Stahl um eine Klasse an, nicht um zwei. Nutzen Sie sie zum Schutz konkreter Konturen — Anspritzpunkte, Schließflächen, dünne Rippen — statt als Ersatz für die Stahlwahl.

Was das Werkzeugangebot ausweisen sollte

Ein seriöses Werkzeugangebot nennt mehr als einen Stahlnamen. Verlangen Sie:

Stahlgüte und Härtebereich, mit dem Lieferantenstandard (28–34 HRC für P20, 48–52 HRC für H13) schriftlich
Stahlzeugnisse mit Chargennummern und Härtemessberichte am fertigen Werkzeug gemessen — nicht nur die Nenngüte
Standzeit-Erwartung für den spezifizierten Stahl mit Ihrem Harz
Oberflächenbehandlungsplan, falls vorhanden, mit Behandlungsart und Abdeckungsbereichen

Die Verifizierung kommt bei der Werkzeugabnahme: Härte gemessen am tatsächlichen Kavitätsblock, Zeugnisse passend zum Angebot und der Bemusterungsprozess, der bestätigt, dass das Werkzeug wie spezifiziert leistet. Siehe Lieferantenqualifizierung für die Einordnung der Stahlspezifikation ins Gesamtaudit.

Häufige Fragen

Ist P20 jemals die richtige Wahl für Serienwerkzeuge? Ja — für Programme unter 300K Schuss mit Standardharzen ist P20 der wirtschaftlich richtige Stahl. Der Fehler ist nicht die P20-Wahl; der Fehler ist P20 für ein 2-Millionen-Schuss-Programm zu wählen, um 10 % Werkzeugkosten zu sparen.

Was ist der praktische Unterschied zwischen H13 und 2344? 2344 ist die Langläufer-Variante: 800K–1M+ Schuss Standzeit gegenüber 500K–1M+ bei H13, mit besserer Zähigkeit für Hochdruck-Automotive-Werkzeuge. Der Mehrpreis ist moderat; spezifizieren Sie 2344, wenn das Werkzeug mehrere Produktgenerationen überleben muss.

Kann ein P20-Werkzeug später auf H13 aufgerüstet werden? Nein. Die Kavität ist aus dem Stahlblock gefräst; ein Upgrade bedeutet ein neues Werkzeug. Die Stahlwahl ist unumkehrbar — deshalb gehört sie in die Angebotsphase, nicht in die Wartungsphase.

Welcher Stahl für ein 500K-Schuss-Medizinteil aus PC? S136. Die Menge ist H13-Klasse, aber medizinisches optisch klares PC verlangt Korrosionsbeständigkeit und Politur von Edelstahl. Die Spezifikation wird vom Material und der Oberfläche getrieben, nicht allein von der Menge.

Wie verifiziere ich, dass der Stahl ist, was der Lieferant behauptet? Fordern Sie Chargenzeugnisse bei Werkzeuglieferung an und messen Sie die Härte am fertigen Kavitätsblock — ein Härteprüfer, der 30 HRC auf einem als H13 spezifizierten Werkzeug anzeigt, ist eine nicht bestandene Abnahme, egal was die Rechnung sagt. Siehe den Bemusterungsprozess für den Abnahmeworkflow.

Erfordert glasfasergefülltes Material wirklich H13? Ab GF15, ja — Glasfaser erodiert P20-Anspritzbereiche innerhalb von zehntausenden Schüssen und erzeugt Grat und Maßdrift. Das Upgrade von P20 auf H13 bei GF-Programmen ist die zuverlässigste Werkzeugentscheidung im Spritzguss überhaupt.

Die Stahlfrage in einem Satz

Die Stahlentscheidung stellt eine Frage: Was muss dieses Werkzeug überleben — wie viele Schuss, von welchem Harz, bei welcher Oberfläche — und welcher Stahl leistet das zu den niedrigsten Gesamtkosten, nicht zum niedrigsten Kaufpreis?

Prüfen Sie unseren Werkzeugbau — P20-, H13-, S136-, NAK80- und 2344-Werkzeuge aus eigenem Haus mit Stahlzeugnissen und Härteverifizierung an jedem Werkzeug — oder reichen Sie Ihr Teil für ein Werkzeugangebot mit schriftlicher Stahlspezifikation ein.