Es ist noch nicht lange her, da bezeichnete man Werkstoffe wie Titan, Superlegierungen und rostfreie Stähle als äußerst exotische Werkstoffe. Sie kamen nur wenig vor, waren extrem teuer und die Bearbeitung stellte manchen Produzenten vor fast unlösbare Herausforderungen. Schon jetzt ist von Zerspanung von High Tech Alloys, den exotischen Werkstoffen der nächsten Generation, die Rede. Es geht um neue Legierungsansätze bei Guss, Titan, Superlegierungen und Refraktärmetallen.
Diese Werkstoffe sind nach wie vor extrem teuer, werden aber heutzutage immer mehr eingesetzt und gewinnen durch ihre Eigenschaften rasant an Bedeutung. Rudolf Stricker, Leiter Marketing Services bei CERATIZIT: „Der Energiehunger der Welt verlangt Werkstoffe, die die extreme Leistungssteigerung energieerzeugender Anlagen mit sehr hohem Wirkungsgrad unterstützen. In welcher Branche wir auch recherchieren: Die Entwicklung der Leistungsfähigkeit im Kraftwerkbau, in der Wehrtechnik, in der Luft- und Raumfahrt bis hin zur Medizintechnik ist direkt von der Entwicklung dieser Werkstoffe abhängig.“ Aber auch der Trend, schlichtweg Energie zu sparen führt zum vermehrten Einsatz von Hochleistungsmaterialien. Hierbei geht es hauptsächlich um die Steigerung der Effizienz bei Turbinen durch die Erhöhung der Betriebstemperatur sowie die Verringerung des Verbrauches im Motorenbau durch Reduktion des Gewichtes (down sizing).
Titanbearbeitung mit hochwarmfesten Hartmetallsubstrat und effizienter Kühlung
Exotische Werkstoffe wie Titan sind in der Bearbeitung um etwa Faktor zehn schwieriger klassifiziert als klassische Stähle. Einer der Hauptgründe liegt in seiner sehr schlechten Wärmeleitfähigkeit. So wird bei der Bearbeitung von Titan nur etwa ein Viertel der entstehenden Wärme durch die Späne abgeführt, der Rest führt direkt zur Erwärmung des Werkzeugs.
Um bei diesen Anforderungen zu bestehen, braucht man ein hochwarmfestes Hartmetallsubstrat und eine effiziente Kühlung während des Bearbeitungsprozesses. Das bedeutet den Einsatz von Kühlmittel in großen Mengen, am besten mit hohem Druck durch die Spindel direkt an die Schneidkanten des Werkzeugs, was auch den Späneabtransport begünstigt. Aus diesem Grund sind fürs Zerspanen von exotischen Werkstoffen Trägerwerkzeuge mit Innenkühlung erste Wahl.
Eine weitere Konsequenz der schlechten Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise von Titanlegierungen, sind die hohen Temperaturen in den Schneidwerkzeugen, die unter anderem zu chemischen Reaktionen an der Oberfläche der Werkzeugschneide führen (Oxidation und Diffusionen). Eine von CERATIZIT entwickelte HyperCoat-Beschichtung wirkt hier als effizienter Schutz.
Hohe Elastizität
Bei massiver Kaltumformung neigt Titan zu starker Verfestigung, wobei die Zugfestigkeit sich verdreifacht und die Bruchdehnung sich um bis zu 90 Prozent verringert. Diese Verfestigungsneigung setzt dem Zerspanungsprozess einen signifikanten Widerstand entgegen, der die Schneidkanten leicht zum Ausbrechen bringt oder im Schneidstoff Zerrüttungserscheinungen hervorruft. Eine Reduktion der Schnittkräfte durch möglichst positive und scharfe Schneiden bringt hier nur bis zu einem gewissen Punkt Abhilfe, da die Schneiden, wenn die Ausgestaltung zu positiv ist, zu empfindlich für diesen Anwendungsbereich werden. Die hohe Elastizität des Werkstoffs begründet eine Relaxation des Materials, die direkt nach dem Schnittprozess zu einem Aufatmen des Titans führt, was besondere Anforderungen an die geometrische Freistellung der Schneidkante stellt.
Zeitaufwändige Bearbeitung von exotischen Werkstoffen
Durch die extremen Eigenschaften von exotischen Werkstoffen ist meist nur eine langsame Bearbeitung, also mit niedrigen bis moderaten Schnittparametern, möglich. Die Bearbeitung ist also sehr zeitaufwändig.
Ein weiteres Merkmal ist die hohe Prozesssicherheit, die gewährleistet sein muss, denn Ausschussteile sind absolutes Tabu. Erstens handelt es sich vor allem in der Luftfahrtindustrie nicht selten um sehr große Werkstücke, deren Bearbeitung mehrere Tage in Anspruch nehmen kann (Zeitaufwand) und zweitens entstehen sehr hohe Kosten, wenn große Werkstücke aus dem teuren Material nicht mehr verwendbar sind (Kostenfaktor).
CERATIZIT als Partner bei der Bearbeitung von exotischen Werkstoffen
Unternehmen, die mit CERATIZIT Werkzeugen zerspanen, sehen den Begriff exotisch anders. Durch die lange Erfahrung auf dem Gebiet der Werkstoffwissenschaften, die sehr guten Kontakte in der Industrie (auch zu den OEMs), die konsequent umgesetzte Segmentstrategie mit dem Fokus auf schwer zu zerspanende Werkstoffe und das tiefgreifende Know-how der Entwicklung und Anwendungstechnik, hat CERATIZIT sich zum Spezialisten für die Bearbeitung anspruchsvoller Werkstoffe etabliert. Zusammen mit dem Kunden entwickeln die Ingenieure von CERATIZIT Lösungen. Dabei ist die moderne Tooling Academy von CERATIZIT, die darauf ausgelegt ist, die Zerspanbarkeit der neuesten Werkstoffe und Legierungen zu überprüfen, eine solide marktorientierte Basis für die Forschungs- und Entwicklungsarbeit.
Der Erfolg gibt CERATIZIT recht, denn durch Lösungen des Hartmetallexperten ist es zum Beispiel bei der Herstellung von Turbinenschaufeln aus Titan möglich, die Bearbeitungsgeschwindigkeit sogar zu verdoppeln.
Die Zerspanungsingenieure bei ZRINSKI Tehnologija in Varazdin, Kroatien, schätzen die Werkzeuglösungen für die Bearbeitung von Titan sehr: „Wir sind richtig begeistert von den Werkzeugen für die Zerspanung von Titan. Bei der Bearbeitung eines Titan-Werkstückes (3.7164, Ø21 x 165mm) sind wir mit einer Lösung von CERATIZIT in der Lage 130 Teile pro Schneidkante zu bearbeiten, was mehr als doppelt soviel wie beim Konkurrenzprodukt ist, und das
bei einer höheren Drehzahl der Spindel (1400 U/Min statt 1000).“
Lösungen von CERATIZIT für die Bearbeitung exotischer Werkstoffe
Stechen: (Titan, Superlegierungen und rostfreie Stähle)
– MSS-SX / CTP 1340 F2
Drehen:
– Superlegierungen: MaxiLock D / CTC5115 / M34
– Titan: MaxiLock D / CTC 5110 / M34
Fräsen: (Titan, Superlegierungen und rostfreie Stähle)
– MaxiMill 274
– MaxiMill 211 / CTC5235 / CTC5240 / F40
– MaxiMill 251 / CTC5240 / M31
– MaxiMill HFC / CTC5235 / 5240 F40
Bohren:
– MaxiMill HFD / CTP2440 / F50 (High Feed Drilling)
Industrien:
– Turbinenschaufel- und komponenten: MaxiMill 251-RS / CTC5235 / 40 / M3
Luft- und Raumfahrt:
– MaxiMill 211 / CTC5235 / 40
– MaxiMill 251-RS CTC5235 / 40
– MaxiMill HFC CTC5235 / 40
– Sonderwerkzeuge
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