Fachartikel: Ratgeber Titan-Zerspanung

Wer Titan wirtschaftlich zerspanen will, muss die Besonderheiten des Werkstoffs berücksichtigen - vor allem auch bei der Werkzeugauswahl. Hersteller wie Arno Werkzeuge unterstützen Anwender mit den passenden Tools, zielgerichteten Beschichtungen und fachgerechter Beratung.
Der anspruchsvolle Werkstoff Titan ist extrem zugfest sowie besonders leicht und korrosionsbeständig.
Der anspruchsvolle Werkstoff Titan ist extrem zugfest sowie besonders leicht und korrosionsbeständig. Bild: Karl-Heinz Arnold GmbH

Titan stellt Zerspanungsverantwortliche vor Herausforderungen: zum Beispiel Späne, die nicht brechen, schlecht abfließende Wärme oder sich aufbauende Schneiden. Weil seine überragenden Eigenschaften Titan dennoch zum Liebling von Luftfahrt, Rennsport oder Medizintechnik machen, lohnt es sich, für dessen Zerspanung vorher Knowhow aufzubauen… es könnte ja sein, dass ein berühmter Sportwagenhersteller wegen der Lieferfähigkeit bei Titanschrauben anfragt.

Extrem zugfest, besonders leicht und überragend korrosionsbeständig vereint Titan, was bei anderen Werkstoffen oder Legierungen Zielkonflikte auslöst. Weil Titan darüber hinaus auch antimagnetisch sowie biokompatibel ist und selbst aggressivste Medien ihm nichts anhaben können, ist der teure Werkstoff in immer mehr Branchen und Anwendungen beliebt. Das wissen auch die Bugatti-Ingenieure, die viel Titan verbauen.

Ausschuss vermeiden

Wer Titan bearbeiten will, muss erst einmal eine Menge Geld ausgeben: Das Material kostet etwa drei bis fünf Mal mehr als Werkzeugstahl. Eines der Ziele ist demzufolge, Ausschuss zu vermeiden. Für die Herstellung von Präzisionsdrehteilen aus Titan sind darüber hinaus abgestimmte Werkzeuge erforderlich. Zu den Herausforderungen zählen eine geringe Wärmeleitfähigkeit, nicht brechende Späne, eine ausgeprägte Neigung zum Kleben und ein niedriges Elastizitätsmodul (Ti6Al4V = 110kN/mm², Stahl Ck45 = 210kN/mm²).

Für die Herstellung von Präzisionsdrehteilen aus Titan sind auf dessen Bearbeitung abgestimmte Werkzeuge erforderlich.
Für die Herstellung von Präzisionsdrehteilen aus Titan sind auf dessen Bearbeitung abgestimmte Werkzeuge erforderlich. Bild: Karl-Heinz Arnold GmbH

Weil nur ganz wenige in die Verlegenheit kommen dürften, Titanschrauben für den 1.500PS starken Sportwagen Bugatti Chiron zu fertigen, betrachten wir einmal beispielhaft die Fertigung einer Welle mit Gewinde und Einstich aus der gängigen Titanlegierung Ti6Al4V Grade 5/23, wie sie in der Medizintechnik gebraucht wird. Mit einer Zugfestigkeit von Rm=990N/mm², einer Streckgrenze Re=880N/mm², einer Härte HV zwischen 330 und 380 sowie einem Dehnungsfaktor A5D von etwa 18% wird sie für Implantate in der Medizintechnik genauso eingesetzt wie für Luftfahrtanwendungen (3.7164) oder für industrielle Anwendungen (3.7165).

>>… Titanschrauben für den 1500PS starken Sportwagen Bugatti Chiron …<<

Gefordert wird eine hohe Oberflächengüte, wiederholgenaue Prozesssicherheit sowie ein kontrollierter Spanabfluss – bei kurzen Prozesszeiten und eventuell hohem Zeitspanvolumen. Wegen der geringen Wärmeleitfähigkeit von Titan wird diese kaum über den Span aus der Schneidzone abgeführt. Nächste Problematik: Bei Temperaturen von 1.200°C und mehr in der Schnittzone ‚verbrennt‘ das Schneidwerkzeug schnell. Als vordergründig helfende Maßnahmen gelten, Kühlmittel direkt in die Schneidzone zu führen, die Schnittkraft mittels einer scharfen Schneide zu verringern und die Schnittgeschwindigkeit dem Prozess anzugleichen.

Passende Werkzeuge einsetzen

Einen echten Fortschritt erzielen Zerspanungsexperten jedoch mit der Auswahl des richtigen Werkzeugs. Weil die Wärme über die Schneide sowie den Kühlschmierstoff abzuführen ist und nicht wie bei Stahl über die Späne, muss ein kleiner Teil des Schneidkeils extrem hohe thermische und mechanische Beanspruchungen aushalten. Mit dem Einsatz geschliffener, hochpositiver Wendeschneidplatten reduziert sich der Schnittdruck. Polierte Spankammern, bei Bedarf mit passender Beschichtung, minimieren darüber hinaus die Reibung beim Spanabfluss. Diese drei Parameter verringern die Wärmeentwicklung beim Zerspanen. Wenn weniger Wärme entsteht, und optimale Kühlmittelzufuhr diese weiter senkt, verlängert sich die Standzeit des Werkzeugs oder es kann im Umkehrschluss die Schnittgeschwindigkeit wieder erhöht werden.

Weil Titan Wärme schlecht leitet, wird sie nicht über den Span aus der Schneidzone abgeführt. Bei den dort vorherschenden 1.200°C und mehr kann das Schneidwerkzeug schnell 'verbrennen'.
Weil Titan Wärme schlecht leitet, wird sie nicht über den Span aus der Schneidzone abgeführt. Bei den dort vorherschenden 1.200°C und mehr kann das Schneidwerkzeug schnell ‚verbrennen‘.Bild: Karl-Heinz Arnold GmbH

Eine weitere Herausforderungen ist der geringe Spanbruch. Ein endloser Span wickelt sich um Werkstück, Werkzeug oder Spannfutter und wird so zur Gefahr für Mensch und Maschine. Abhilfe schafft ein Ändern der Drehrichtung mit Umkehrung der Schneidenlage – wenn der Maschinenaufbau dies zulässt. Zeigt die Schneide nach unten, fällt der Span frei nach unten und ist aus der Gefahrenzone. Allerdings ist bei schwerer Schruppbearbeitung und nicht ganz stabiler Maschine vorher zu prüfen, ob sich die Schnittkraft in das Maschinenbett ableiten lässt.

Seiten: 1 2Auf einer Seite lesen

Das könnte Sie auch Interessieren

Anzeige

Anzeige

Bild: EVO Informationssysteme GmbH
Bild: EVO Informationssysteme GmbH
Produktion und Logistik gemeinsam digitalisieren

Produktion und Logistik gemeinsam digitalisieren

EVO Informationssysteme kooperiert mit Keyence Deutschland: Nach umfangreichen Tests und dem praktischen Einsatz bei Kunden hat die Kombination der intuitiven EVO-Apps mit den leistungsfähigen Industrie-Scannern von Keyence überzeugt. Der Einsatz der nutzerfreundlichen EVO Apps und die Scanleistung unter widrigen Industriebedingungen gewährleisten die zuverlässige Identifizierung und Prozessdokumentation in Wareneingang, Produktion und Lager.

Bild: Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH – Nico Sauermann
Bild: Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH – Nico Sauermann
Aluminium prozesssicher zerspanen

Aluminium prozesssicher zerspanen

Bohren, Reiben, Stechen und Fräsen: Der Werkzeugspezialist Paul Horn aus Tübingen bietet ein breites Portfolio an optimierten Werkzeugen für die wirtschaftliche Zerspanung des Leichtmetalls Aluminium. Nach Stahlwerkstoffen ist Aluminium das meist verwendete Metall. In der zerspanenden Industrie zählen die Al-Legierungen zu den leicht zu bearbeitenden Werkstoffen. Nichtsdestotrotz ist es möglich, dass bei der Bearbeitung des weichen Metalls schnell ein ‚harter Brocken‘ entsteht: Verklebungen, Aufbauschneiden und Spänestau bis zum Werkzeugbruch kommen vor. Mit den richtigen Werkzeugen, Schneidstoffen, Schnittdaten sowie der passenden Menge und Art des Kühlschmierstoffes lassen sich Al-Legierungen prozesssicher zerspanen.

Bild: Zentralverband Oberflächentechnik e.V.
Bild: Zentralverband Oberflächentechnik e.V.
ZVO-Jahresbericht 2021

ZVO-Jahresbericht 2021

Der Zentralverband Oberflächentechnik e.V. bringt seinen Jahresbericht 2021 heraus. Mit der aktuellen Publikation berichtet der ZVO erneut über seine Arbeit und die Entwicklung im abgelaufenen Kalenderjahr. Der Bericht dokumentiert die vielfältigen Aufgaben und Tätigkeiten des ZVO und der Branche, insbesondere der wirtschafts-, umwelt-, energie- und bildungspolitischen Interessenvertretung sowie die Branchenentwicklung. 

Bild: Sodick Deutschland GmbH
Bild: Sodick Deutschland GmbH
Metav 2022 als Heimspiel für EDM-Spezialist

Metav 2022 als Heimspiel für EDM-Spezialist

EDM-Spezialist Sodick ist vom 21. bis zum 24. Juni auf der Metav 2022 in Düsseldorf mit von der Partie. In Halle 16 am Stand F38 kann mit drei Maschinen ein kleiner Ausschnitt aus dem breiten Sortiment an Erodiermaschinen präsentiert werden: eine Drahterodiermaschine VL400Q, eine Senkerodiermaschine AD35L (im Bild ist eine AD55L zu sehen) und eine K1C für das Hochgeschwindigkeits-Startlochbohren

Bild: Klingelnberg GmbH
Bild: Klingelnberg GmbH
Fachbericht: Modified Crowning

Fachbericht: Modified Crowning

Was soll sich schon bei einem Achsgetriebe ändern, wenn statt eines Verbrennungsmotors ein elektrischer Antrieb mit gleicher Nennleistung eingebaut ist? Auf den ersten Blick sind keine Änderung im Lastenheft des Achsgetriebes zu vermuten – wäre da nicht das Energiemanagement eines elektrischen Antriebsstranges. Klingelnberg kennt sich mit dem Thema bestens aus.

Bild: Laserhub GmbH
Bild: Laserhub GmbH
Beschaffungsplattform für industrielle Metallteile

Beschaffungsplattform für industrielle Metallteile

Die Firma Laserhub, Betreiber der gleichnamigen Online-Plattform für die Beschaffung maßgeschneiderter Blech- und Drehteile, gibt den erfolgreichen Abschluss ihrer Series-B-Finanzierungsrunde bekannt. Als erster internationaler Investor führt Evli Growth Partners aus Finnland die Runde an. Als Co-Investoren schlossen sich mit Fuse Venture Partners aus dem Vereinigten Königreich und FJ Labs aus den USA zwei weitere internationale Fonds an.

Bild: ACE Stoßdämpfer GmbH
Bild: ACE Stoßdämpfer GmbH
Selbsteinstellende Industriestoßdämpfer in Edelstahl

Selbsteinstellende Industriestoßdämpfer in Edelstahl

ACE Stoßdämpfer erweitert die erfolgreiche Magnum-Serie und präsentiert damit eine konstruktionstechnische Besonderheit: Das Unternehmen aus Langenfeld im Rheinland bietet jetzt erstmals selbsteinstellende Industriestoßdämpfer mit Gewinde M64 und einem Hub von 150mm serienmäßig in einer Edelstahlausführung an, deren Hauptkomponenten komplett in Deutschland entwickelt und gefertigt werden.

Bild: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Bild: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Geschäftsfeld wegen Neuausrichtung umbenannt

Geschäftsfeld wegen Neuausrichtung umbenannt

Aus Industrie 4.0 wird Schaeffler Lifetime Solutions: Die Umbenennung erfolgt aufgrund der Neuausrichtung des Leistungsportfolios, das in den vergangenen Jahren sukzessive von reinen Produktlösungen hin zu ganzheitlichen Dienstleistungen erweitert wurde. Der neue Name ‚Schaeffler Lifetime Solutions‘ sowie der Subclaim ‚Keep your machines rolling‘ symbolisiert dabei den Anspruch, Wünsche und Bedürfnisse von Instandhaltungs- und Werksleitern über die gesamte Lebensdauer einer Maschine hinweg zu bedienen.

Anzeige

Anzeige

Anzeige