Zerspanung Wasserabrasivstrahldrehen erhöht Standzeit bei der Titanbearbeitung

Autor / Redakteur: Eckart Uhlmann und Karsten Flögel / Rüdiger Kroh

Das Wasserabrasivstrahldrehen ist ein Fertigungsverfahren, das die Kinematik der konventionellen Drehbearbeitung mit dem Werkzeug Wasserabrasivstrahl vereint. Besonders für schwer zerspanbare Werkstoffe auf Titanbasis kann dieses Verfahren die konventionelle Schruppbearbeitung mit Drehwerkzeugen ersetzen.

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Bild 1: Das Wasserabrasivstrahldrehen eignet sich besonders zum Bearbeiten von schwer zerspanbaren Werkstoffen auf Titanbasis.
Bild 1: Das Wasserabrasivstrahldrehen eignet sich besonders zum Bearbeiten von schwer zerspanbaren Werkstoffen auf Titanbasis.
(Bild: IWF)

Die junge Werkstoffgruppe der Titanlegierungen hat nach wie vor enormes Potenzial bezüglich der Gestaltung und Fertigung energieeffizienter Transport- und Mobilitätssysteme [1]. Das vierthäufigste Metall in der Erdkruste wird durch die politisch motivierte Vorgabe zu den CO2-Emissionen von Kraftfahrzeugen im Rahmen des verstärkt umzusetzenden Leichtbaus zukünftig eine noch größere Bedeutung erfahren [2]. Aufgrund der herausragenden Eigenschaften der Titanlegierungen, wie der hohen spezifischen Festigkeit, der vergleichsweise hohen Warmfestigkeit und guten bis sehr guten Korrosionsbeständigkeit, kommt diese ursprünglich in der Luft- und Raumfahrt angewendete Werkstoffgruppe auch auf anderen Gebieten wie dem Automobilbau verstärkt zum Einsatz.

Die dynamische Beanspruchung des Werkzeugs steigt

Bei der konventionellen Zerspanung, vor allem der sogenannten γ-Titanaluminide, entsteht jedoch ein erhöhter Wärmeeintrag in das Werkzeug. Die hohe Festigkeit dieser Titanlegierungen führt darüber hinaus zu einer signifikant erhöhten dynamischen Beanspruchung des Werkzeugs im Vergleich zum Zerspanen von Standardwerkstoffen. Für eine kostengünstige Bearbeitung dieser Titanaluminide ist derzeit noch kein Konzept zur Steigerung der Zerspanungs- oder der Zeitspanvolumina entwickelt oder industriell umgesetzt worden. Kühlungskonzepte zum Reduzieren des Wärmeeintrags in das Werkzeug werden hingegen von der Minimalmengenschmierung bis zur kryogenen Zerspanung untersucht [3].

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Bei Titanaluminiden ist die Auswahl der Schneidstoffe eingeschränkt

Wegen der Reaktivität und der starken abrasiven Wirkung der Titanaluminide ist die Auswahl der sonst vielfältig verfügbaren Schneidstoffe, der Schneidstoffbeschichtungen und der Schmierstoffe eingeschränkt [4]. Die erzielbaren Zeitspanvolumina und Standzeiten mit konventionellen Zerspanwerkzeugen liegen deutlich unter den Werten im Vergleich zur Bearbeitung einfacher Stahlwerkstoffe.

Beim Außen-Längsdrehen zum Entfernen der Alpha-Case-Schicht versagen Werkzeuge bei konventionellen Drehverfahren bereits nach wenigen Minuten. Dort sind innovative Prozess- und Werkzeugentwicklungen, aber auch alternative Fertigungsverfahren erforderlich, um formgebende, ökonomische Bearbeitungsverfahren bereitstellen zu können.

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