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#White Papers
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Die Wahl des richtigen Werkzeugs für die Bearbeitung von Titan
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Die Bearbeitung der Superlegierung Titan erfordert besondere Sorgfalt und Aufmerksamkeit. Späne, die nicht brechen, Hitze, die nicht abgeleitet werden kann, und aufgebaute Kanten sind einige der üblichen Herausforderungen bei der Bearbeitung von Titan.
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Die bemerkenswerten Eigenschaften von Titan machen es jedoch zu einem beliebten Werkstoff in der Luftfahrt, im Motorsport und in der Medizintechnik, so dass es sich lohnt, zu lernen, wie man es richtig bearbeitet.
Die Eigenschaften von Titan machen es zu einer Superlegierung. Das Material ist extrem zugfest, sehr leicht und korrosionsbeständig. Darüber hinaus ist Titan antimagnetisch, biokompatibel und widersteht selbst den aggressivsten Medien. Dieser teure Werkstoff wird in immer mehr Bereichen und Anwendungen eingesetzt. Das wissen auch die Ingenieure von Bugatti, die bei ihrer Arbeit viele Teile aus Titan verwenden.
Titan ist teuer - vermeiden Sie Abfall
Die Bearbeitung von Titan ist eine Investition, denn es kostet etwa drei- bis fünfmal so viel wie Werkzeugstahl. Daher ist es logisch, dass die Anwender Abfall vermeiden müssen. Die sorgfältige Auswahl eines geeigneten Schneidwerkzeugs ist nur der erste Schritt. Die Herstellung von Präzisionsdrehteilen aus Titan erfordert Werkzeuge, die für die Bearbeitung dieses besonderen Werkstoffs geeignet sind, so dass auch die widerspenstigsten Titanlegierungen nach Bedarf bearbeitet werden können.
Aber diese Diva der Werkstoffwelt kann Ihren Schneidwerkzeugen einiges abverlangen:
- Hohe Hitzebeständigkeit (siehe Diagramm)
- Späne brechen nicht
- die ausgeprägte Neigung von Titan, an Schneidwerkzeugen zu haften
- Niedriger Elastizitätsmodul
(Ti6Al4V = 110 kN/mm2, Stahl Ck45 = 210 kN/mm2)
Da Titanschrauben für den 1500 PS starken Supersportwagen Bugatti Chiron nur von wenigen hergestellt werden, betrachten wir stattdessen die Herstellung einer Gewinde- und Rillenwelle aus der Standard-Titanlegierung Ti6Al4V Grade 5/23, wie sie in der Medizintechnik häufig verwendet wird. Mit einer Zugfestigkeit von Rm = 990 N/mm2, einer Streckgrenze von Re = 880 N/mm2, einer Härte zwischen 330 und 380 auf der Vickers-Härteskala und einer Bruchdehnung A5d von etwa 18 % wird diese Titanlegierung typischerweise für medizinische Implantate sowie für Anwendungen in der Luftfahrt (3.7164) und in der Industrie (3.7165) verwendet. Mit einem Anteil von sechs Prozent Aluminium und vier Prozent Vanadium sowie extra niedrigen interstitiellen Elementen (ELIs) ist diese Legierung äußerst biokompatibel und löst praktisch keine bekannten allergischen Reaktionen aus.
Ableitung der Wärme aus der Schneidzone
Die Abführung der Wärme aus der Zerspanungszone erfordert eine hochwertige Oberflächenbeschaffenheit, eine zuverlässige Prozesssicherheit und eine kontrollierte Spanabfuhr, wobei die Prozesszeiten trotz einer potenziell hohen Spanabfuhr kurz gehalten werden müssen.
Man könnte annehmen, dass der größte Teil der beim Drehen entstehenden Wärme über die Späne abgeführt wird, aber das ist nicht der Fall. Da Titan ein schlechter Wärmeleiter ist, kann die Wärme nicht über die Späne aus der Schneidzone abgeführt werden. Und bei Temperaturen von 1200°C und mehr in der Schneidzone kann das Schneidwerkzeug schnell hitzebedingte Schäden davontragen.
Die einfachsten Maßnahmen, um eine zu große Hitzeentwicklung zu verhindern, sind die direkte Zufuhr von Kühlmittel in die Schneidzone, die Verringerung der Schnittkraft durch Verwendung einer scharfen Schneide und die Anpassung der Schnittgeschwindigkeit an den jeweiligen Prozess.
Werkzeuge zur Erhöhung der Standzeit
Echte Verbesserungen werden durch die Wahl des richtigen Schneidwerkzeugs erzielt. Da die Wärme über die Schneide und das Kühlmittel abgeführt werden muss und nicht wie bei Stahl über die Späne, muss ein kleiner Teil der Schneide einer extrem hohen thermischen und mechanischen Belastung standhalten.
Der Schnittdruck wird durch den Einsatz von geschliffenen, hochpositiven Wendeschneidplatten mit polierten Spannuten, ggf. mit entsprechender Beschichtung, reduziert, wodurch die Reibung bei der Zerspanung minimiert wird. Diese drei Parameter tragen dazu bei, dass bei der Bearbeitung keine Wärme entsteht. Wird nur ein kleiner Teil der Wärme durch optimalen Kühlmittelfluss weiter reduziert, hat die Schneide eine längere Standzeit. Oder die Schnittgeschwindigkeit (Vc) kann wieder erhöht werden, um die Produktivität zu steigern.
So weit, so gut. Da die Späne aber nicht gerne brechen, können sich weitere Schwierigkeiten ergeben. Ein endloser Span könnte sich um das Werkstück, das Werkzeug oder das Maschinenfutter wickeln und eine Gefahr für die Maschine oder Ihre Sicherheit darstellen. Es könnte helfen, die Drehrichtung zu ändern und die Schneide umzudrehen, wenn die Konstruktion der Maschine dies zulässt.
Wenn die Schneide nach unten zeigt, fallen die Späne ungehindert auf den Boden und stellen keine Gefahr mehr dar. Bei anspruchsvollen Schruppanwendungen und weniger stabilen Maschinen muss der Anwender jedoch prüfen, ob die Schneidwirkung es zulässt, dass die Späne in Richtung Maschinenbett gelenkt werden. Nachdem die Späne den Arbeitsbereich verlassen haben, können sie den Prozess nicht mehr stören.
Auswahl des richtigen Werkzeugherstellers
Um sicherzustellen, dass der Anwender das richtige Werkzeug für die Titanbearbeitung auswählt, sollte er sich an einen Hersteller wenden. Einige Hersteller bieten nicht nur das Werkzeug selbst, sondern auch Beratung auf der Grundlage spezifischer Anwendungserfahrungen an.
ARNO Werkzeuge zum Beispiel ist ein Werkzeughersteller, den es seit 1941 gibt. Er stellt nicht nur eine der größten Auswahlen an hochpositiven Wendeschneidplatten her, sondern beschäftigt auch viele erfahrene Anwendungsberater, die ihr Wissen gerne weitergeben, um sicherzustellen, dass die Fertigungsprozesse der Kunden reibungslos ablaufen.
Die hochpositiven Wendeschneidplatten sind scharf genug, um die Schnittkräfte gering zu halten, und ihre optionalen abgerundeten Kanten sorgen für eine hervorragende Stabilität. Mit sinnvollen Hightech-Beschichtungen sind sie gegen die schlechte Wärmeleitfähigkeit des heiklen Werkstoffs gewappnet.
Negative Wendeschneidplatten mit EX-, NFT-, NMT- und NMT1-Geometrien bieten eine preiswerte, zuverlässige Lösung für einfachere Bearbeitungen und Schrupparbeiten. Die positiven Wendeschneidplatten von Arno mit den Geometrien PSF und PMT1 sind ideal für die Bearbeitung von Superlegierungen. Alle diese Wendeschneidplatten sind sehr widerstandsfähig gegen Kerbverschleiß und Hitze bei der Bearbeitung von zähem Material. Einzigartige Geometrien gewährleisten eine außergewöhnliche Spankontrolle und Prozesssicherheit. Engagierte Titanbearbeitungsexperten und ARNO-Kunden sind gut vorbereitet. Schließlich weiß man nie, wann man den Anruf eines Bugatti-Ingenieurs erhält.