Faktoren im Griff So werden Superlegierungen in der Luftfahrt sicher zerspant

Anbieter zum Thema

Föhrenbach GmbH

Kinkele GmbH & Co. KG - Ihr Auftragsfertiger für den Maschinenbau

Rhenus Lub GmbH & Co KG

Um die HRSA-Zerspanung optimal durchzuführen, kombinieren Luftfahrtunternehmen Maschinen, Werkzeuge, Geometrien und Werkzeugmaterialien. Wie das zum Beispiel geht, verrät Sandvik Coromant.

HRSA-Materialien sind die wichtigsten Werkstoffe aus denen Verdichter- und Turbinenbauteile von Flugzeugtriebwerken bestehen. Für diese Anwendungen werden in erster Linie nickelbasierte Werkstoffe wie Inconel, Waspaloy und Udimet verwendet, wie der schwedische Zerspanungswerkzeug-Hersteller Sandvik Coromant weiß. Die Eigenschaften von HRSA-Materialien sind jedoch je nach Zusammensetzung und Herstellungsverfahren sehr unterschiedlich. Insbesondere die Wärmebehandlung spielt dabei ein große Rolle, weil ein ausgehärtetes beziehungsweise „gealtertes“ Bauteil eine doppelt so hohe Härte ins Feld führen kann wie ein weichgeglühtes oder unbehandeltes Werkstück. Dann gilt es auch noch, die verschärften Emissionsvorschriften bei neuen Triebwerkstypen, die höheren Betriebstemperaturen, die dies aushalten müssen und die für die am meisten belasteten Bauteile neuartigen Werkstoffe im Blick zu haben. Als Reaktion auf diese Herausforderungen steigt der Gesamtanteil an HRSA-Materialien in einem Flugzeugtriebwerk im Vergleich zu anderen Werkstoffen deshalb an. Doch den enormen Vorteilen von HRSA-Materialien im Betrieb stehen auch einige Schwierigkeiten bei ihrer wirtschaftlichen Zerspanung im Weg. So fordert die hohe Temperaturbeständigkeit hohe Schnittkräfte, die geringe Wärmeleitfähigkeit und die hervorragende Härtbarkeit treibt die Bearbeitungstemperaturen nach oben und die Tendenz zur Kaltverfestigung erhöht die Gefahr des sogenannten Kerbverschleißes.

Werdende Triebwerkskomponenten durchlaufen drei Bearbeitungsstufen

Turbinenscheiben, Gehäuse, Blisks und Wellen sind anspruchsvolle Werkstücke. Viele von ihnen sind auch noch dünnwandig und komplex geformt, heißt es weiter. Sie gehören außerdem zu den sicherheitskritischen Triebwerkskomponenten, weshalb sie strenge Qualitäts- und Maßhaltigkeitskriterien erfüllen müssen. Die Voraussetzung für eine erfolgreiche spanende Bearbeitung ist deshalb eine leistungsfähige Maschine, stabile Zerspanungswerkzeuge, Hochleistungs-Wendeschneidplatten und eine optimale Programmierung des Bearbeitungsprozesses.

Die gängigen Bearbeitungsmethoden sind unterschiedlich. Üblicherweise werden Scheiben-, Ring- und Wellenteile gedreht, während Gehäuse und Blisks in der Regel gefräst werden. Die Bearbeitung wird dabei grundsätzlich in drei Stufen unterteilt. In der ersten Bearbeitungsstufe (First Stage Machining, FSM) erhält ein gegossener oder geschmiedeter Werkstückrohling seine Grundform. Das Werkstück befindet sich in der Regel in einem weichen Zustand (mit einer typischen Rockwell-Härte von etwa 25 HRC). Es hat aber häufig eine raue, ungleichmäßige Oberfläche. Auch die Abmaße sind nicht optimal. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf einer hohen Produktivität und einem effizienten Materialabtrag.

Zwischen der ersten und der zweiten Bearbeitungsstufe (Intermediate Stage Machining, ISM) wird das Werkstück wärmebehandelt, sodass es dann deutlich härter ist – normalerweise 36 bis 46 HRC. Das Bauteil erhält seine endgültige Form, nur noch ein Restaufmaß für die Endbearbeitung ist vorhanden. Auch hier liegt der Fokus auf der Produktivität, aber auch die Prozesssicherheit ist wichtig.

Die endgültige Form und Oberflächengüte wird in der letzten Bearbeitungsstufe (Last Stage Machining, LSM) erreicht. Die wichtigsten Kriterien sind eine hohe Oberflächenqualität, genaue Maßtoleranzen, und dass keine Verformungen und Spannungen das Bauteil beeinträchtigen. Bei kritischen rotierenden Bauteilen sind die Ermüdungseigenschaften absolut entscheidend. Sie lassen keinen Raum für Oberflächenfehler, die später Risse begünstigen. Die Zuverlässigkeit von kritischen Teilen wird dabei durch einen zertifizierten Bearbeitungsprozesses gewährleistet.

(ID:48997873)