Komplexe Werkstücke aus Titan effizient zerspanen

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Die Vollhartmetall-Fräser der jüngsten Generation, Ti40 und Ti45, werden aus einem extrem zähen, relativ schwingungsunempfindlichen Hartmetall hergestellt. Dieses steht erst seit wenigen Jahren zur Verfügung.

Werkzeuge zur Zerspanung von Ti5553 entwickelt

In weiteren Versuchen nahmen sich die Spezialisten bei Walter im hauseigenen Technology Center das Material Ti5553 vor. Ziel war es, zu ermitteln, wie die neue Vollhartmetall-Werkzeuggeneration damit zurechtkommt.

Das Probewerkstück hatte eine Festigkeit von 1400 N/mm2 und eine Brinellhärte von 430. Als Testwerkzeug kam ein Protostar-Ti40-Fräser mit 16 mm Durchmesser und z = 4 zum Einsatz.

Wie zu erwarten, mussten die Schnittwerte im Vergleich zu Ti6Al4V nochmals deutlich gesenkt werden. Für unterschiedliche Einsatzarten wurden, bezogen auf Werkzeugdurchmesser 16 mm, folgende Empfehlungen ermittelt:

• Vollnutfräsen: ae = 16 mm, ap = 8 mm, Vc = 25 m/min, fz = 0,06 mm;
• seitliches Fräsen (Schruppen): ae = 4 mm, ap = 8 mm, Vc = 50 m/min, fz= 0,08 mm;
• seitliches Fräsen (Schlichten): ae = 0,3 mm, ap = 50 mm, Vc= 100 m/min, fz= 0,12 mm.

Die Ergebnisse zeigt Bild 2 (siehe Bildergalerie). Die Schnittgeschwindigkeiten bei Ti6Al4V und Ti5553 sind über der radialen Schnitttiefe (ae/D) aufgetragen. Der Werkstoff Ti5553 verlangt eine Reduzierung der Schnittgeschwindigkeit um rund 50% (mittlere Bearbeitung). In der Tendenz zeigt sich, dass beim Vollnutfräsen eher mehr reduziert werden muss, beim seitlichen Schlichten kann es weniger sein.

Große Titan-Zerspanvolumina erfordern Wendeschneidplattenwerkzeuge

Bei großen Bauteilen beziehungsweise wo große Spanmengen abzutragen sind, werden große Werkzeuge benötigt, das heißt Wendeplattenwerkzeuge. Die Wendeplatten-Entwicklung beschritt in den zurückliegenden Jahren einen ähnlichen Weg wie die Entwicklung der Vollhartmetall-Werkzeuge.

Das Augenmerk lag vor allem auf den schwer zerspanbaren Werkstoffen. Zu dieser Gruppe (ISO-S) gehören auch Titanlegierungen. Die aktuellen Benchmarkschneidstoffe von Walter sind Tigertec-Qualitäten mit PVD-Aluminiumoxidbeschichtung.

Derzeit sind zwei Sorten verfügbar: WSM35 mit hoher Verschleißfestigkeit für gute Bearbeitungsbedingungen und WSP45 mit hoher Zähigkeit für schwierige Bedingungen. Bei Ti5553 zeichnet sich die PVD-Tigertec-Sorte WSP45 aufgrund ihres hohen Zähigkeitspotenzials als erste Wahl ab, weil diese Legierung beim Schruppen ein sehr hohes Zähigkeitspotenzial benötigt.

Neues Projekt entwickelt optimierte Geometrien für Aerospace-Zerspanungswerkzeuge

Mit der Einführung dieser Sorten riefen die Spezialisten in Tübingen ein zusätzliches Projekt ins Leben, das die Entwicklung optimierter Geometrien für Aerospace-Anwendungen zur Aufgabe hatte. Für Titanlegierungen als Hauptanwendung wurde die Geometrie G77 konzipiert.

Die Besonderheit dieser Geometrie ist ein großer Spanwinkel von 20°. Hinzu kommt eine besondere Mikrogeometrie.

Der Entwicklung ist es gelungen, mehrere Merkmale beziehungsweise Technologien zu bündeln: die Tigertec-Technik, die PVD-Beschichtungstechnik, eine hoch positive Geometrieform und eine spezielle Kantenverrundung. Neu ist, dass diese vier Aspekte nun in einem Paket vorliegen. Dieses Paket ist noch brandneu und erst seit Kurzem in Gestalt neuer Wendeplatten der Form ADGT (Eckfräser, Igelfräser) und ROX (Rundplattenfräser) verfügbar (Bilder 3 und 4). In Anbetracht der zusammengeflossenen Merkmale repräsentiert es den momentanen Stand der Technik im Bereich Wendeplattenlösungen für Aerospace- beziehungsweise Titan-Anwendungen.

Josef Giessler ist Entwicklungsleiter Round Tools der Walter AG in Tübingen; Siegfried Bohnet ist Mitarbeiter Entwicklung Wendeplattenwerkzeuge im selben Unternehmen.

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