Ti 5553 richtig bearbeiten Wirtschaftliche Titanzerspanung gelingt per Komplettbearbeitung

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Die Schwerzerspanung fordert Maschine und Bearbeitungsprozesse heraus. Hat man es mit einem schwer zerspanbaren Werkstoff wie Titan zu tun, benötigt es besonderes Know-how. Und WFL hat es.

Ein wichtiges Marktsegment stellt für WFL Millturn Technologies aus dem österreichischen Linz die Luftfahrtindustrie dar. In diesem Industriezweig setzen sich nämlich immer mehr Materialien durch, welche als schwer zerspanbar gelten. Insbesondere die Titanbearbeitung ist ein Anwendungsfeld, in dem WFL mit gewachsenem Know-how punkten kann.

Titan stellte im Rahmen seiner Zerspanung schon immer besondere Anforderungen an Werkzeug und Maschine. Bei den Leichtbaustoffen, zu denen Titan zählt, hat sich in den vergangenen Jahren der Typ Titan 3.7165 als Werkstoff mit hervorragenden Eigenschaften herauskristallisiert, was vor allem die Luft- und Raumfahrtfahrtindustrie, aber auch den medizinischen Bereich, betrifft, wie WFL weiter ausführt. Titan 3.7165 ist deshalb eine der meistverwendeten Titanlegierungen, welche außerdem 6 Prozent Aluminium und 4 Prozent Vanadium enthält. Diese Legierung, gewöhnlich als Ti6Al4V bezeichnet, überzeugt die Industrie durch eine sehr gute Kombination aus Widerstandskraft, Korrosionsbeständigkeit. Und obwohl für diesen Werkstoff mittlerweile gute Erfahrungswerte und Schnittdaten für dessen Zerspanung vorlägen, zähle die Bearbeitung von Titan immer noch zu den Königsdisziplinen. Doch das ist noch nicht alles.

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So bearbeitet man den Titan unter den Titanwerkstoffen

Denn für spezielle Anwendungen werden stetig neue Titanlegierungen geschaffen, die oftmals sogar aufgrund spezieller Kundenanforderungen entwickelt werden, wie es weiter heißt. So gilt Titan 5553 (Ti5Al5V5Mo3Cr) von Seiten mehrerer WFL-Kunden als der Wunschwerkstoff für die Fahrwerksproduktion in der Luftfahrtindustrie. Denn dieser Titanwerkstoff zeichnet sich durch verbesserte Eigenschaften hinsichtlich Festigkeit und Zähigkeit aus. Auch ist er unempfindlicher gegen Gefügeveränderungen bei Erwärmung. Diese Titanlegierung zählt aber deshalb auch mit Blick auf seine Zerspanbarkeit zu den wirklichen Titanen der Titanwerkstoffe, wie WFL mit Blick auf die griechische Mythologie der Antike betont. Außerdem gehöre Ti 5553 derzeit wohl zu den am schwersten zu bearbeitenden Werkstoffen, den man auf dem Markt finde. Bei seiner Bearbeitung sollte deshalb eine Schnittgeschwindigkeit von 45 Meter pro Minute nicht überschritten werden, wie WFL empfiehlt, denn bei Schnittgeschwindigkeiten von 60 Meter pro Minute muss schon mit hohen Scherspannungen von bis zu 2.780 Newton pro Quadratmillimeter gerechnet werden.

So läuft die Titanzerspanung wesentlich entspannter ab

Problemfelder wie entstehende Punktwärme durch schlechte Wärmeleitung und die damit verbundene chemische Veränderung im Werkstoff (Verspröden bei höheren Temperaturen) sowie die Bildung von Aufbauschneiden, treten bei diesem Werkstoff außerdem in wesentlich höherem Maße auf als bei anderen Titanlegierungen, wie WFL erklärt. Darum muss bei Ti 5553 besonders darauf geachtet werden, dass Schnittgeschwindigkeit, Vorschub und Eindringtiefe genau aufeinander abgestimmt werden. Der Einsatz geeigneter Kühlschmierstoffe (KSS) ist dabei ebenso wichtig wie die richtige Kühlstrategie. Die bei der Zerspanung entstehenden Späne sollten schnell und kontinuierlich abtransportiert werden, denn die Wärmeableitung erfolgt dabei verstärkt über das Zerspanungswerkzeug.

Eine weitere Herausforderung bei diesem Titanwerkstoff ist das Entfernen der Schmiedehaut – von Experten „Elefantenhaut“ genannt. Diese Haut hat nämlich durch den vorgeschalteten Schmiedeprozess und den dabei entstehenden thermischen und metallurgischen Einflüssen eine sehr hohe Randhärte, wie WFL weiter ausführt. Und durch das geringe Elastizitätsmodul neigt Titan generell dazu, dem Druck des Werkzeugs auszuweichen und mit der Schneide zu verschweißen. Die Bearbeitung sollte deshalb, wie bereits erwähnt, unter geringer Schnittgeschwindigkeit, aber relativ großem und gleichmäßigem Vorschub erfolgen. Auf schwingungsfrei eingespannte, scharfe Werkzeuge ist in jedem Falle zu achten. Als Schneidstoff sollte man zu sehr kobalthaltigen Schnellarbeitsstählen, Hartmetallen oder Stellite (Kobalt-Chrom-Legierungen) greifen.

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