Titanfräsen: Walter setzt mit seinen Partnern neue Standards

Während der Anteil der Bauteile aus Titan nur rund 14 Prozent des Gewichts eines typischen Passagierflugzeugs beträgt, liegt ihr Anteil an der Bearbeitungszeit bei circa zwei Drittel der Gesamtbearbeitungszeit der Metallbauteile. Denn im Vergleich zur Aluminiumzerspanung sind die erreichbaren Zeitspanvolumen (cm3/min) bei der Titanbearbeitung sehr gering.

Wer es schafft, die Bearbeitungszeiten für ein Bauteil aus Titan zu senken oder die Standzeiten der Bearbeitungswerkzeuge signifikant zu verbessern, erhöht die Effizienz und Wirtschaftlichkeit seiner Prozesse deutlich.

Mit dem neuen leichtschneidenden Igelfräser M5250 ist dem Zerspanungsspezialisten Walter so ein Schritt gelungen, in enger Zusammenarbeit mit dem Kühlschmierstoffexperten Blaser Swisslube sowie dem Premium Maschinenhersteller Makino.

Zerspanungsprozesse, gerade wenn es um die Bearbeitung anspruchsvoller Werkstoffe wie Titan geht, sind Teamarbeit. Das Potenzial einer für das Fräsen von Titanlegierungen entwickelten High-End-Maschine wie die Makino T2 lässt sich dann voll ausschöpfen, wenn mit entsprechend optimierten Zerspanungswerkzeugen und Kühlschmierstoff gearbeitet wird.

Das gilt genauso umgekehrt: Der neue Walter Igelfräser M5250 zeigt seine Bestleistung beim Schruppen von Bauteilen aus Titan auf Maschinen wie der Makino T2, die mit einem aktiven Dämpfungssystem, der starren Konstruktion und einer Hochleistungsspindel mit hohem Drehmoment sowie einem leistungsfähigen Hochdruck-Kühlmittelsystem optimale Arbeitsbedingungen für den Fräser schafft.

Herausforderung für die zerspanende Bearbeitung

Titan und Titanlegierungen verfügen über eine geringe Wärmeleitfähigkeit, was für die zerspanende Bearbeitung eine echte Herausforderung darstellt. Während beim Zerspanen von Stahl rund 80 Prozent der entstehenden thermischen Belastung über die Späne abgeleitet wird, sind es bei Titan nur 20 Prozent. Das heißt: Zerspanungswerkzeug und Spindel müssen massiv Hitze absorbieren. An der Schneide der Wendeschneidplatte entstehen extreme Temperaturbelastungen. Ohne Gegenmaßnahmen würde die Schneide im Kontakt mit dem Werkstück extrem schnell verschleißen: Sie verdampft quasi.

Mit besonderen Schneidkantengeometrien und -beschichtungen wie mit dem Einsatz von Kühlschmiermittel versucht man, diesen unvermeidlichen Verschleißprozess zu verlangsamen und einigermaßen zu beherrschen. Um wirklich auf der sicheren Seite zu sein, was die Bearbeitungsqualität angeht, lassen viele Produktionsverantwortliche außerdem die Wendeschneidplatten auch deutlich vor dem Einsetzen tiefer Verschleißspuren auswechseln.

Warum Kühlschmierstoff eine wichtige Rolle spielt

Daniel Schär, Senior Segment Manager bei Blaser Swisslube, erklärt die Rolle von Blaser im Projekt: „Bei der Bearbeitung von Titan spielt die Kontrolle der Hitzeentwicklung an Werkzeug und Maschine eine zentrale Rolle. Hier kann man mit einem Kühlschmierstoff, der auf den Einsatz unter diesen besonderen Bedingungen optimiert ist, bei der Werkzeugstandzeit und dem Zeitspanvolumen richtig was bewegen. Entsprechend intensiv hat unser Entwicklungsteam an der Vision vom idealen Kühlschmierstoff gearbeitet. Mit dem Vasco Skytec H 600 sind wir da sehr nah dran.“ In Vergleichstests mit 22 Kühlschmiermitteln von Wettbewerbern und fünf eigenen Produkten, die Blaser Swisslube im hauseigenen Technologiecenter in der Schweiz durchgeführt hat, liegt das innovative Kühlschmiermittel deutlich an der Spitze.

Der von Blaser Swisslube entwickelte innovative Kühlschmierstoff Vasco Skytec H 600 hat einen deutlich höheren Wirkungsgrad beim Zerspanen als konventionelle Kühlschmierstoffe. So lassen sich auch schon in bereits bestehenden Prozessen höhere Standzeiten für das eingesetzte Werkzeug erreichen.

Andrea Biscardi, Product Manager Makino Europe, erklärt, welche Effekte das neue Kühlschmiermittel auf einer Maschine wie der T2 bringt: „Einer der wichtigsten Eigenschaften der Makino T2 ist ihr leistungsstarkes 7MPa mit 200 l/min Hochdruck Kühlmittelsystem.

Das heißt: Schon mit herkömmlichen Schmiermitteln erzielen wir am Werkstück einen sehr ordentlichen Kühlungsgrad. Setzen wir Vasco Skytec H 600 ein, merkt man noch einmal einen deutlichen Unterschied. Als begrenzender Faktor bleibt dann in gewissem Sinne das Zerspanungswerkzeug. Oder man setzt so ein auf die Bearbeitung von Titan optimiertes Teil wie den Walter-Igelfräser ein. Was der kann, merkt man schon an den Maschinenlaufzeiten und daran, welche Schnittdaten man fahren kann.“

Wendeschneidplatten mit innovativer WaveCut-Geometrie

Das Zerspanen von Titan ist bereits seit Jahren eines der Fokusthemen der Produktentwicklung bei Walter. Mit dem BLAXX-Igel-Fräser M3255 haben die Zerspanungsspezialisten aus Tübingen bereits so etwas wie einen Klassiker der Titanbearbeitung im Programm. 2022 hat Walter eine neue Generation von Wendeschneidplatten auf den Markt gebracht, deren Schneidkante mit innovativer WaveCut-Geometrie erhebliche Standzeitvorteile gegenüber herkömmlichen Lösungen ermöglicht.

Dirk Masur, Segmentmanager Luftfahrt bei Walter, erklärt: „Wir arbeiten ständig daran, Kunden noch bessere Lösungen für ihre Prozesse anbieten zu können. Projekte wie diese Zusammenarbeit mit Makino und Blaser Swisslube sind dabei eine wichtige Möglichkeit, unter idealen, aber doch realen, konkreten Bedingungen neue Werkzeugkonzepte zu testen und weiterzuentwickeln. Der neue Walter Igelfräser M5250 hat davon sehr profitiert.”

Wichtigstes Ziel für Walter war es, das Zeitspanvolumen beziehungsweise die Standzeit der Wendeschneidplatten beim Schruppen von Titanbauteilen gegenüber den bisherigen Lösungen noch einmal deutlich zu steigern. Mit den WaveCut-Wendeschneidplatten liegt hier bereits ein wichtiger Baustein einer optimalen Schruppstrategie vor: Durch die Veränderung der Schneidkantengeometrie von einer geraden zu einer ‚gewellten‘ Schneide verändern sich die Kräfte, die beim Fräsen auf das Werkzeug und das Bauteil wirken. Die Schneiden treten deutlich weicher ins Material ein, wodurch weniger Vibrationen entstehen und Bearbeitungs­tiefen bei der Hochleistungsbearbeitung bis zu 5xD vibrationsarm möglich sind.

Auch die thermische Last, die auf Wendeschneidplatte, Werkzeug und Spindel wirkt, wird durch die WaveCut-Geometrie bereits reduziert. Mit der Zuführung des Kühlschmiermittels so direkt wie möglich an die Wendeschneidplatten lässt sich die Hitzeentwicklung an den Schneiden noch einmal deutlich vermindern.

Beim neuen Walter-Igelfräser M5250 hat das Entwicklungsteam die Vorteile der WaveCut-Schneiden, relativ weich in den Schnitt zu gehen, dazu genutzt, die Stirnplatten mit jeweils zwei Kühlkanälen zu versehen. Die Kühlkanäle im Werkzeugkörper sind optimal ausgelegt, um die einzelnen Schneiden optimal mit Kühlmittel zu versorgen als auch im Bohrungsquerschnitt, sodass die Leistung der Kühlmittelpumpe als auch der des angebotenen Volumenstrom voll genutzt werden. Das Kühlmedium wirkt entsprechend der thermischen Anforderung direkt am Schneideneintritt im Material. Die Gesamtstabilität des Werkzeugkörpers wird dadurch während des Schruppens nicht beeinträchtigt, durch die verbesserte Kühlung an den neuralgischen Stellen erhöht sich die Bearbeitungsstabilität deutlich.

Vor allem, wenn das neue Vasco Skytec H 600 von Blaser Swisslube eingesetzt wird: In der Testkonfiguration mit den Parametern vc 60 m/min, fz 0,18 Millimeter, vf 218 mm/min, ap 60 Millimeter, ae zehn Millimeter in einem Werkstück aus Titan Grad 5 (Ti6Al4V) auf einer Makino T2 lässt der neue Walter-Igelfräser M5250 mit Tiger·tec-Wendeschneidplatten G55W WSM45X alle anderen getesteten Kombination von Walter-Igelfräsern, Wendeschneidplatten und Kühlschmiermitteln buchstäblich stehen.

Mit 110 Minuten liegt die Werkzeugstandzeit pro Schneide 162 Prozent über der in Konfiguration mit anderen Kühlschmiermitteln sowie Schneidgeometrien. Das zeigt sich natürlich auch in der Abtragsrate, die bei 130,9 m3 pro Minute liegt.

Quelle: Walter AG