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Catching '22': Schlagen Sie die Herausforderungen des Titans
Catching '22': Schlagen Sie die Herausforderungen des Titans


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Alan Richter
Cutting Tool Engineering

Im Schnitt

Die effektive Bearbeitung von Titan, einem Element mit der Ordnungszahl 22, beginnt mit dem Einsatz der richtigen Schneidwerkzeuge. Ein Werkzeughersteller mit einem Angebot für Titan ist Allied Machine & Engineering Corp. in Dover, Ohio. Neben dem 4TEX-Wendeschneidplattenbohrer von Allied ist laut Nate Craine, Field Sales Engineer, der APX-Bohrer von Allied mit einer speziellen auswechselbaren Wendeschneidplatte die beste Option zum Bohren in Titan.

Obwohl einige Endanwender Titan für eine hitzebeständige Superlegierung halten, ist das nicht der Fall. "Viele Leute werfen Titan gerne in die gleiche Kategorie wie Hochtemperaturlegierungen, aber es ist eine eigene Art von Material, das anders behandelt werden muss", sagte Craine.


Er betonte, dass es wichtig ist zu verstehen, dass Reibung und unzureichende Spanabfuhr dazu führen, dass sich Titan beim Bohren verfestigt. So kann sich ein Titanwerkstück mit einer Härte von 32 HRC im Inneren des Lochs auf 50 HRC aufhärten, was jeden auf das Bohren folgenden Prozess komplizierter macht. "Man könnte möglicherweise ein Bohrwerkzeug zerstören", so Craine.

Bei Standzeittests im Werk eines Kunden erzeugte dieser Bohrer mit einem Durchmesser von 2,5 Zoll sechs Löcher pro T-A-Wendeplatte bei einer Gesamtlänge von 90 Zoll und zwei bis drei Löcher/Kante mit einer -PWHR-Wendeplatte oder vier bis sechs Löcher/Kante mit einer -PW-Wendeplatte beim Bohren von Timetal 17 (Ti5Al2Sn4Mo2Zr4Cr) mit einer Härte von 34 HRC bei einer Schnittgeschwindigkeit von 82 sfm und einem Vorschub von 0. 0035 ipr. Die hochfeste, tiefhärtbare Schmiedelegierung wird hauptsächlich für Düsentriebwerke verwendet. Nach Angaben von Allied Machine war die Spanbildung beim Bohren mit 131 sfm und 0,0055 ipr wesentlich besser, aber die Werkzeugstandzeit kann bei zu hohen Bearbeitungsparametern sinken. Bilder mit freundlicher Genehmigung von Allied Machine & Engineering

Eine Möglichkeit, dieses Problem zu vermeiden, besteht darin, ein Werkzeug mit dem richtigen Freiwinkel auszuwählen, damit es nicht am Werkstückmaterial reibt. "Bei Titan besteht die Neigung, dass das Material die Seite des Bohrers einklemmt. Deshalb haben wir eine Geometrie entwickelt, die einen größeren Erfolg verspricht", so Craine.

Obwohl diese anwendungsspezifische Konstruktion einen geringeren Vorschub des Bohrers erfordert, besteht bei den meisten Titananwendungen in der Luft- und Raumfahrt beispielsweise kein Bedarf an Geschwindigkeit, so Craine weiter. "Die Materialkosten sind eher ein Problem. Wenn man die Arbeit erledigen kann, ohne das Teil zu beschädigen, dann ist das ein Erfolg".

Neben dem Hinterschneidungswinkel muss ein Bohrer auch den richtigen Spanwinkel und die richtige Honung haben, um Titan effektiv zu schneiden, so Kevin Vanderbeck, Außendiensttechniker von Allied Machine an der Ostküste.

Die Herstellung einer Schneide mit der richtigen Honung ist jedoch ein Balanceakt, so Craine. Eine zu starke Honung führt dazu, dass das Werkzeug stumpf wird, während eine zu scharfe Schneide zu Ausbrüchen neigt.

Um die T-A-Bohrer weiter zu verbessern, führt Allied Machine laut Vanderbeck ein firmeneigenes Verfahren durch, das liebevoll "Ultragrind" genannt wird, um die ideale Schneidkante für eine höhere Standzeit und Spankontrolle zu schaffen. "Dieser Prozess minimiert die Bruchstellen entlang der Schneidkante", fügte er hinzu.

Ohne die richtige Spanbildung können Titanspäne wie Bänder aussehen und nur schwer abtransportiert werden. "Wenn Sie etwas bohren, das mehr als den dreifachen Durchmesser hat, wird sich dieses lange Band festsetzen und das Werkzeug blockieren", so Vanderbeck. "Das geht sehr schnell kaputt, und oft hat man keine Zeit, den Notstopp zu betätigen. Wenn man es dann bemerkt, ist es zu spät."

Keep It Cool
Werkzeugbeschichtungen und Kühlmittel spielen eine wichtige Rolle bei der Bekämpfung der großen Hitze, die beim Schneiden von Titan entsteht. Als Beschichtungen empfiehlt Vanderbeck TiAlN oder die von Allied Machine entwickelten AM200 oder AM300. Der Vorteil von AM200, so Vanderbeck, ist, dass die Beschichtung das gleiche Maß an Schmierfähigkeit zur Überwindung von Aufbauschneiden erreicht wie TiAlN, jedoch bei einer niedrigeren Temperatur. Craine fügte hinzu, dass Allied Machine polierte Wendeschneidplatten mit AM300-Beschichtung anbietet, um die Gefahr des Anhaftens von Titan an der Beschichtung zu minimieren.

Aber ohne einen ausreichenden Vorrat an Kühlmittel hat selbst die hitzebeständigste Beschichtung Probleme. "Je mehr Kühlmittel zur Verfügung steht, desto besser", sagte Craine und fügte hinzu, dass es sich um eine wasserlösliche Lösung und nicht um Öl handeln sollte, da Titan brennbar ist. Aus demselben Grund empfiehlt er auch, das Kühlmittel durch das Werkzeug zu leiten. "Ich habe ein Loch mit einem Durchmesser von einem Mal mit Flutkühlmittel gebohrt, aber tiefer würde ich in den meisten Fällen nicht gehen.

Ein Hersteller an der Ostküste, der reines Öl als Kühlmittel verwendete, hatte zwar keine Probleme mit der Entflammbarkeit, aber das Unternehmen erzielte definitiv keine optimalen Ergebnisse. Öl ist für die Schmierung und die Verringerung der Reibung notwendig, aber Wasser ist ebenfalls wichtig, da es die Restwärme aus dem Schneidbereich ableitet.

Nachdem Vanderbecks Kunde in Neuengland auf ein wasserlösliches Kühlmittel umgestiegen war, erreichte das Unternehmen eine längere Standzeit der Werkzeuge als bei der ursprünglichen Verwendung von reinem Öl, fügt er hinzu. "Die Standzeit der Werkzeuge ist viel länger und stabiler, und die Kältemaschine arbeitet nicht mehr so hart wie früher, als man noch Öl verwendete und Schwierigkeiten hatte, die Wärmeabfuhr zu bewältigen.

Vanderbeck wies darauf hin, dass es wichtig ist, das Kühlmittel in der richtigen Konzentration zu halten, die bei Titananwendungen etwas höher ist. "Ich empfehle den Herstellern dringend, sich bei ihrem Kühlmittellieferanten nach der besten Kühlmittelkonzentration für ihre Titananwendungen zu erkundigen."

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