Zerspanen Laserunterstütztes Fräsen reduziert die Prozesskräfte

Redakteur: Bernhard Kuttkat

Hochleistungswerkstoffe wie Titan sind schwierig zu zerspanen. Einfacher geht es mit Laserunterstützung. Ohne Beeinflussung des Gefüges des fertigen Bauteils wurden durch die Laserunterstützung im Vergleich zum konventionellen Fräsen die Maxima der Prozesskräfte um 20% reduziert.

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Ein schon vielfach verfolgter Ansatz zur prozessseitigen Leistungssteigerung ist die Warmzerspanung, bei der die Werkstoffeigenschaften gezielt beeinflusst werden. Beim laserunterstützten Fräsen wird der Werkstoff in der Zerspanzone lokal entfestigt. (Bild: iwb)
Ein schon vielfach verfolgter Ansatz zur prozessseitigen Leistungssteigerung ist die Warmzerspanung, bei der die Werkstoffeigenschaften gezielt beeinflusst werden. Beim laserunterstützten Fräsen wird der Werkstoff in der Zerspanzone lokal entfestigt. (Bild: iwb)

Der anhaltende Trend zur Massenreduktion beziehungsweise zur Miniaturisierung mechanischer Bauteile und die gleichzeitig steigenden Anforderungen bezüglich mechanischer Festigkeit oder chemischer Beständigkeit führen vermehrt zum Einsatz hochfester Werkstoffe wie Titanlegierungen.

Mechanische Eigenschaften von Titan wirken sich negativ auf Zerspanbarkeit aus

Weil Verbindungen zwischen kohlefaserverstärkten Kunststoffen (CFK) und Aluminium zu starker galvanischer Korrosion neigen, werden im Flugzeugbau aufgrund der geringeren Potenzialdifferenz und des geringeren Unterschieds der Wärmeausdehnungskoeffizienten vermehrt Titanlegierungen in Kombination mit CFK eingesetzt.

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Die mechanischen Eigenschaften von Titan wirken sich allerdings negativ auf dessen Zerspanbarkeit aus. Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit wird nur ein kleiner Anteil der durch die Zerspanung entstehenden Wärme über das Bauteil beziehungsweise den Span, aber ein großer Anteil über das Werkzeug abgeführt.

Die starke Wärmeentwicklung in der Zerspanzone führt im Gegensatz zu Stahlwerkstoffen zu keiner Entfestigung des Werkstoffs, da Titan seine Festigkeitseigenschaften bis zu hohen Temperaturen behält.

Hohe Prozesskräfte sind wesentliche Verschleißursachen beim Zerspanen

Die resultierende thermische Belastung des Werkzeugs und die hohen Prozesskräfte gelten als wesentliche Verschleißursachen bei der Zerspanung. Bei Zerspanungsanteilen bis zu 95% ist eine wirtschaftliche Bearbeitung aufgrund der geringen Werkzeugstandzeit und des niedrigen Zeitspanvolumens kaum mehr möglich.

Teilweise ist sogar trotz Optimierung der Prozessparameter und der Werkzeuge die Grenze der Bearbeitbarkeit erreicht.

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