WFL meistert die Herausforderungen der Titanbearbeitung

Sep 09, 2023

Die Luftfahrtindustrie stellt ein wichtiges Marktsegment für die WFL Millturn Technologies GmbH & Co. KG dar. In diesem Industriezweig werden immer mehr Werkstoffe benötigt, die als schwer zerspanbar gelten. Insbesondere die Titanbearbeitung ist ein Bereich, in dem WFL mit seiner umfassenden Kompetenz glänzt.

Material mit besonderen EigenschaftenTitan stellt im Schneidprozess seit jeher besondere Anforderungen an Werkzeuge und Maschinen.

Als Werkstoff mit herausragenden Eigenschaften hat sich Titan 3.7165 in den letzten Jahren vor allem in der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie im medizinischen Bereich unter den Leichtbauwerkstoffen durchgesetzt. Es ist eine der am häufigsten verwendeten Titanlegierungen und enthält 6 % Aluminium und 4 % Vanadium.

Diese Legierung, üblicherweise als Ti6Al4V bezeichnet, weist eine sehr gute Kombination aus Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Belastbarkeit auf. Obwohl dieser Werkstoff über gute Erfahrungswerte und Schnittdaten verfügt, bleibt seine Bearbeitung eine der Königsdisziplinen der Zerspanung.

Der Titan aller Metalle Für spezielle Anwendungen werden ständig neue Titanlegierungen entwickelt, die häufig auf spezifischen Kundenanforderungen basieren. Mehrere WFL-Kunden benötigen Titan 5553 (Ti5Al5V5Mo3Cr) für die Produktion von Fahrwerken in der Luftfahrtindustrie.

Dieses Material zeichnet sich durch verbesserte Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften aus. Außerdem reagiert es weniger empfindlich auf Strukturveränderungen beim Erhitzen. Dieses Material ist in der Tat einer der wahren Titanen im Bereich der Zerspanung und hat seinen Namen aus der griechischen Mythologie.

Ti5553 ist derzeit einer der am schwierigsten zu bearbeitenden Werkstoffe auf dem Markt. Bei der Verarbeitung sollte eine Schnittgeschwindigkeit von 45 m/min nicht überschritten werden, da bereits bei Schnittgeschwindigkeiten von 60 m/min Scherspannungen von bis zu 2.780 N/mm² entstehen können.

Herausforderungen bei der Titanbearbeitung

Probleme wie punktuelle Erwärmung durch schlechte Wärmeleitung und damit verbundene chemische Veränderungen im Material (Versprödung bei höheren Temperaturen) sowie die Bildung von Aufbauschneiden treten bei diesem Material häufiger auf als bei anderen Titanlegierungen.

Daher ist es wichtig, dass Schnittgeschwindigkeit, Vorschubgeschwindigkeit und Eindringtiefe beim Arbeiten mit Ti 5553 genau aufeinander abgestimmt sind. Der Einsatz geeigneter Kühlschmierstoffe ist ebenso wichtig wie die richtige Kühlstrategie. Ein schneller und kontinuierlicher Abtransport der Späne muss gewährleistet sein; Die Wärmeabfuhr erfolgt zu einem wesentlich größeren Teil über das Werkzeug.

Eine zusätzliche Herausforderung stellt bei diesem Material die Entfernung der Schmiedehaut dar, die in Fachkreisen auch als „Elefantenhaut“ bezeichnet wird. Der vorgeschaltete Schmiedeprozess und die daraus resultierenden thermischen und metallurgischen Einflüsse verleihen dieser Haut eine sehr hohe Oberflächenhärte.

Aufgrund des niedrigen Elastizitätsmoduls neigt Titan dazu, dem Druck des Werkzeugs auszuweichen und sich mit der Schneide zu verbinden. Die Bearbeitung sollte daher, wie bereits erwähnt, mit einer niedrigen Schnittgeschwindigkeit, aber einem relativ hohen und gleichmäßigen Vorschub erfolgen. Auf vibrationsfreie, eingespannte und scharfe Werkzeuge ist in jedem Fall zu achten. Als Schneidstoffe kommen Schnellarbeitsstähle mit hohem Kobaltanteil, Hartmetall oder Stellit zum Einsatz.

Erfahrung ist der entscheidende FaktorAll dies zeigt, dass Titan viel Erfahrung bei der Auswahl und dem Einsatz der Werkzeuge sowie den Bearbeitungsstrategien erfordert.

Die Fähigkeit, kritische Aspekte der Bearbeitung während der Fertigung zu berücksichtigen, muss bereits in der Entwurfsphase nachgewiesen werden. So ist beispielsweise zu berücksichtigen, dass unterschiedliche Materialstärken im Rohling veränderte Bearbeitungsstrategien erfordern. Neben den auftretenden Schnittkräften müssen auch Wärmeeinflusszonen berücksichtigt werden.

Schwer zerspanbare Materialien wie Titan haben die Entwicklung der WFL-Maschinen beeinflusst. WFL bietet individuelle Lösungen für genau solche anspruchsvollen Anwendungen. Dazu gehören auch Aspekte wie Kühl- und Produktionsstrategie sowie die eigentliche Maschine.

„Um WFL-Kunden verlässliche Lösungen anbieten zu können, hat WFL Komponenten entwickelt, die es uns ermöglichen, das Design der Maschine genau auf den jeweiligen Anwendungsfall abzustimmen“, sagt Reinhard Koll, Leiter Anwendungstechnik bei WFL.

Stoffe mit metallischen Eigenschaften, die aus zwei oder mehr chemischen Elementen bestehen, von denen mindestens eines ein Metall ist.

Fähigkeit einer Legierung oder eines Materials, Rost und Korrosion zu widerstehen. Dies sind Eigenschaften, die durch Nickel und Chrom in Legierungen wie Edelstahl gefördert werden.

Tangentialgeschwindigkeit auf der Oberfläche des Werkzeugs oder Werkstücks an der Schnittschnittstelle. Die Formel für die Schnittgeschwindigkeit (sfm) lautet: Werkzeugdurchmesser 5 0,26 5 Spindeldrehzahl (U/min). Die Formel für den Vorschub pro Zahn (fpt) ist Tischvorschub (ipm)/Nutenzahl/Spindelgeschwindigkeit (U/min). Die Formel für die Spindeldrehzahl (U/min) lautet Schnittgeschwindigkeit (sfm) 5 3,82/Werkzeugdurchmesser. Die Formel für den Tischvorschub (ipm) ist Vorschub pro Zahn (ftp), 5 Anzahl der Werkzeugnuten, 5 Spindelgeschwindigkeit (U/min).

Geschwindigkeit der Positionsänderung des Werkzeugs als Ganzes relativ zum Werkstück während des Schneidens.

Die Härte ist ein Maß für die Widerstandsfähigkeit eines Materials gegenüber Oberflächeneindrücken oder Abrieb. Es gibt keine absolute Härteskala. Um die Härte quantitativ auszudrücken, verfügt jede Testart über eine eigene Skala, die die Härte definiert. Die durch statische Methoden ermittelte Eindruckhärte wird durch Brinell-, Rockwell-, Vickers- und Knoop-Tests gemessen. Die Härte ohne Eindruck wird mit einer dynamischen Methode gemessen, die als Skleroskoptest bekannt ist.

Erhältlich in zwei Haupttypen: Wolfram-Schnellarbeitsstähle (gekennzeichnet durch den Buchstaben T mit Wolfram als Hauptlegierungselement) und Molybdän-Schnellarbeitsstähle (gekennzeichnet durch den Buchstaben M mit Molybdän als Hauptlegierungselement). Die kobalthaltigen Schnellarbeitsstähle vom Typ T weisen eine höhere Verschleißfestigkeit und eine größere Rothärte (Warmhärte) auf und halten Schneidtemperaturen von bis zu 1.100 °F (590 °C) stand. Die Stähle vom Typ T werden zur Herstellung von Metallschneidwerkzeugen (Fräser, Bohrer, Reibahlen und Gewindebohrer), Holzbearbeitungswerkzeugen, verschiedenen Arten von Stempeln und Matrizen sowie Kugel- und Rollenlagern verwendet. Die Stähle vom Typ M werden für Schneidwerkzeuge und verschiedene Arten von Matrizen verwendet.

Maß für die Steifigkeit oder Steifigkeit eines Metalls, definiert als Verhältnis der Spannung unterhalb der Proportionalitätsgrenze zur entsprechenden Dehnung. Auch als Elastizitätsmodul bekannt.

Beim Schleifen entstehen Metallfeine und Schleifscheibenpartikel.