Komplette Prozesskette im Fokus der Titanbearbeitung

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An Werkzeugen sind nach Hornungs Einschätzung folgende Forderungen zustellen: positive Geometrien, um Prozesswärme zu reduzieren, Substrate mit ausreichender Zähigkeit und eine Beschichtung, die einen geringen Reibungskoeffizienten aufweist, aber eine hohe Verschleißfestigkeit mit sich bringt. Für die Maschine gelte: je höher die Steifigkeit und das Dämpfungssystem, umso besser die Zerspanungsleistung.

Außer in der Medizintechnik und Luftfahrtindustrie werde Titan zukünftig auch in anderen Branchen an Bedeutung gewinnen. Im Zuge der Gewichtsreduzierung und seiner Eigenschaften sei „der Werkstoff geradezu ideal für Strukturbauteile – vielleicht in Verbindung mit der Leichtbauweise noch stärker in der Automobilindustrie“.

Schneidstoffe sollten für Titanbearbeitung besonders temperaturbeständig sein

Für Kurt Brenner, Leiter Technik und Produktion der Iscar Germany GmbH, Ettlingen, kommt es darauf an, dass „die Schneidstoffe besonders temperaturbeständig und verschleißfest sind, denn dies bestimmt die mögliche Schnittgeschwindigkeit“. Die hohen Schnittkräfte stellen besondere Anforderungen an die Schneidkantenstabilität.

Natürlich könne Titan auch mit herkömmlichen Maschinen und Werkzeugen und angepassten Schnittparametern bearbeitet werden, „auf Dauer wird das aber nicht wirtschaftlich sein“. Nur wer Prozesskompetenz besitze, sei auch in der Lage, völlig neue und notwendige Zerspanungsstrategien umzusetzen.

Die spezifischen Titanprobleme wie Hitzeentwicklung, Späneabfuhr oder Entflammbarkeit der Späne „lassen sich am besten mit Werkzeugen mit zielgerichteter Hochdruckkühlung beherrschen“. Jedoch müsse die Maschine für die Hochdrucktechnik geeignet sein. Diese Technologie wird in vielen Unternehmen schon eingesetzt oder steht kurz vor der Umsetzung, weil auch die Bearbeitungsgeschwindigkeit um den Faktor 3 gesteigert werden kann.

Kryogene Werkzeugkühlung steigert Zerspanleistung bei der Titanbearbeitung

Für Dr. Reinhard Durst, Leiter Forschung und Entwicklung im Geschäftsbereich Hartmetallwerkzeuge der Komet Group GmbH, Besigheim, erfordert die spanende Titanbearbeitung Kompetenz hinsichtlich der Maschinen- und Werkzeugtechnologie sowie hinsichtlich der Bearbeitungsstrategie und der Bearbeitungsparameter. „Werkzeuggeometrien müssen an die Erfordernisse und Eigenschaften des Werkstoffs Titan angepasst werden. Entsprechende Substrate und geeignete Beschichtungen müssen ausgewählt werden“, betont Durst. Neue, innovative Kühlstrategien, etwa kryogene Zerspanung mit flüssigem Stickstoff oder CO₂-Schnee, versprechen zukünftig weiteres Verbesserungspotenzial.

Bei der Titanbearbeitung, erläutert Dipl.-Ing. Carsten Günther, Spezialist für Aerospace-Anwendungen bei Sandvik Coromant Germany, Düsseldorf, „entsteht ein Scherspan, der eine hohe Belastung für die Spanfläche des Werkzeugs darstellt“. Der Werkstoff ist duktil, federt also, das bedeutet auch eine erhöhte Reibung an der Freifläche.

Titanbearbeitung erfordert „geometrischen Spagat“ von den Zerspanungswerkzeugen

Um ausreichend stabil zu sein, brauchen die Werkzeuge also einen möglichst großen Keilwinkel, eine entsprechend gestaltete Spanfläche mit positivem Orthogonalspanwinkel und einen auf die Schnittgeschwindigkeit abgestimmten Freiwinkel. Diese Eigenschaften „bedeuten zusammengenommen einen geometrischen Spagat“.

Um die Standzeit zu erhöhen, sind Verschleißschutzschichten mit einer hohen thermischen und chemischen Beständigkeit, geringem Reibkoeffizienten und Haftung auf kleinen Eckenradien nötig. Bei der Werkzeugauslegung sind Kriterien zu beachten, die Vibrationen unterdrücken, zum Beispiel ungleich geteilte Werkzeuge und variable Spiralwinkel.

Neue Zerspanungsstrategien für Titanbearbeitung notwendig

Den Werkzeugen machen bei der Titanbearbeitung, so Markus Heuwinkel, Abteilungsleiter Aerospace bei der Walter AG, Tübingen, „drei Dinge das Leben schwer: eine extrem schlechte Wärmeleitfähigkeit, ein vergleichsweise niedriger Elastizitätsmodul und eine sehr hohe Druckbelastung der Schneidkante“. Er empfiehlt deshalb Werkzeuge, die speziell auf die Titanbearbeitung ausgerichtet sind.

Im Übrigen brauche der Anwender unbedingt Prozesskompetenz und neue Zerspanungsstrategien: „Bei der Titanbearbeitung ist eine genaue Betrachtung des Gesamtprozesses erforderlich. Die optimalen Strategien ergeben sich aus folgenden Aspekten: Bauteilstabilität, Form, Maschinen- und Vorrichtungsqualität und Werkzeuge.“

* Walter Frick ist Fachjournalist in 97990 Weikersheim

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