Tackling Titanium:Ein Leitfaden zur Bearbeitung von Titan und seinen Legierungen

In der heutigen Fertigungsindustrie sind Titan und seine Legierungen zu Grundnahrungsmitteln in Luft- und Raumfahrt, Medizin, Automobil und Schusswaffenanwendungen geworden. Dieses beliebte Metall ist beständig gegen Rost und Chemikalien, recycelbar und für sein Gewicht extrem stark. Es gibt jedoch mehrere Herausforderungen, die bei der Bearbeitung von Titan und der Auswahl der geeigneten Werkzeuge und Parameter für den Job berücksichtigt werden müssen.

Titansorten

Titan ist in vielen Varianten erhältlich, darunter fast 40 ASTM-Güteklassen sowie mehrere zusätzliche Legierungen. Die Klassen 1 bis 4 gelten als kommerziell reines Titan mit unterschiedlichen Anforderungen an die Zugfestigkeit. Grade 5 (Ti6Al4V oder Ti 6-4) ist die häufigste Kombination, legiert mit 6 Prozent Aluminium und 4 Prozent Vanadium. Obwohl Titan und seine Legierungen oft zusammen gruppiert werden, gibt es einige wichtige Unterschiede zwischen ihnen, die beachtet werden müssen, bevor der ideale Bearbeitungsansatz bestimmt wird.

Der HVTI-Schaftfräser von Helical Solutions ist eine hervorragende Wahl für hocheffiziente Werkzeugwege in Titan.

Titanbedenken

Arbeitshaltung

Obwohl Titan wünschenswertere Materialeigenschaften als durchschnittlicher Stahl hat, verhält es sich auch flexibler und ist oft nicht so steif wie andere Metalle. Dies erfordert einen sicheren Halt auf Titan-Werkstücken und einen möglichst steifen Maschinenaufbau. Andere Erwägungen schließen das Vermeiden unterbrochener Schnitte und das Halten des Werkzeugs während des Kontakts mit dem Werkstück in Bewegung ein. Das Verweilen in einem Bohrloch oder das Stoppen eines Werkzeugs neben einer profilierten Wand führt zum Reiben des Werkzeugs – wodurch übermäßige Hitze entsteht, das Material kaltverfestigt und ein vorzeitiger Werkzeugverschleiß verursacht wird.

Wärmeerzeugung

Hitze ist ein gewaltiger Feind, und die Wärmeerzeugung muss bei der Auswahl von Geschwindigkeiten und Vorschüben berücksichtigt werden. Während kommerziell reine Titansorten weicher und gummiartiger sind als die meisten seiner Legierungen, erhöht die Zugabe von Legierungselementen typischerweise die Härte von Titan. Dies erhöht die Bedenken hinsichtlich erzeugter Wärme und Werkzeugverschleiß. Das Aufrechterhalten einer größeren Spanlast und das Vermeiden unnötiger Reibhilfen bei der Werkzeugleistung in den härteren Titanlegierungen und minimiert die Menge an erzeugter Kaltverfestigung. Die Wahl einer niedrigeren Drehzahl, gepaart mit einer größeren Chiplast, kann im Vergleich zu Optionen mit höherer Geschwindigkeit zu einer erheblichen Reduzierung der Temperatur führen. Aufgrund seiner geringen Leitfähigkeit wird das Werkzeug weniger belastet und der Verschleiß verringert, wenn die Temperaturen auf einem Minimum gehalten werden. Die Verwendung von Hochdruck-Kühlmittel ist auch eine effektive Methode, um die Wärmeentwicklung bei der Bearbeitung von Titan zu reduzieren.

Diese Nockenwellenabdeckungen wurden speziell für Mitsubishi Evos aus Titan gefertigt.
Foto mit freundlicher Genehmigung von @RebootEng (Instagram)

Fressen und aufgebauter Rand

Die nächste zu berücksichtigende Hürde besteht darin, dass Titan stark dazu neigt, an einem Schneidwerkzeug zu haften, wodurch eine Aufbauschneide entsteht. Dies ist ein heikles Problem, das reduziert werden kann, indem reichlich Hochdruck-Kühlmittel verwendet wird, das direkt auf die Schnittfläche gerichtet wird. Ziel ist es, die Späne so schnell wie möglich zu entfernen, um ein erneutes Schneiden der Späne zu verhindern und die Spannuten sauber und frei von Ablagerungen zu halten. Galling ist ein großes Problem bei den kommerziell reinen Titanqualitäten aufgrund ihrer „gummiartigen“ Natur. Dies kann mit den zuvor erwähnten Strategien angegangen werden, wie z. B. kontinuierlicher Vorschub bei jedem Werkstückkontakt und Verwendung von viel Hochdruck-Kühlmittel.

Titanlösungen

Während sich die Hauptanliegen bei der Bearbeitung von Titan und seinen Legierungen verschieben können, bleiben die Methoden zu ihrer Abmilderung etwas konstant. Die Hauptideen bestehen darin, Festfressen, Wärmeentwicklung, Kaltverfestigung und Werkstück- oder Werkzeugverformung zu vermeiden. Verwenden Sie viel Kühlmittel bei hohem Druck, halten Sie die Geschwindigkeit niedrig und den Vorschub hoch, halten Sie das Werkzeug in Bewegung, wenn es mit dem Werkstück in Kontakt kommt, und verwenden Sie eine möglichst starre Anordnung.

Darüber hinaus kann die Auswahl einer geeigneten Werkzeugbeschichtung dazu beitragen, dass Ihre Arbeit erfolgreich wird. Angesichts der hohen Hitze, die während der Bearbeitung von Titan entsteht, ist eine Beschichtung, die mit der Temperatur angemessen umgehen kann, der Schlüssel zur Aufrechterhaltung der Leistung während eines Vorgangs. Die richtige Beschichtung trägt auch dazu bei, Abrieb zu vermeiden und Späne effektiv abzuleiten. Beschichtungen wie Aluminium-Titan-Nitrid (AlTiN Nano) von Harvey Tool erzeugen bei hohen Temperaturen eine Oxidschicht und erhöhen die Schmierfähigkeit des Werkzeugs.

Werkzeuglösungen

Helical Solutions bietet die HVTI-6-Werkzeuglinie an, die für das hocheffiziente Fräsen (HEM) in Titan und seinen Legierungen optimiert ist. Der HVTI-6 von Helical ist mit seiner Aplus-Beschichtung ausgestattet, die zusätzliche Schmierfähigkeit und hohe Temperaturbeständigkeit für eine verbesserte Werkzeuglebensdauer und höhere Geschwindigkeiten und Vorschübe bietet.

Da Titan und seine vielen Legierungen in verschiedenen Branchen immer häufiger verwendet werden, werden immer mehr Maschinisten mit dem Schneiden dieses schwierigen Materials beauftragt. Wärmemanagement und geeignete Spanabfuhr, gepaart mit der richtigen Beschichtung, ermöglichen jedoch einen erfolgreichen Lauf.