Tipps zur Titanbearbeitung: Schneidflüssigkeiten, Geschwindigkeiten, Werkzeuge und Bearbeitung-Härtungskontrolle

Warum sich Titan an der Schneide anders verhält

Titanlegierungen werden allgemein als schwierig zu bearbeiten beschrieben, und die Gründe sind eher physikalischer als eine Frage des Könnens. Vier Eigenschaften dominieren jede Schnittentscheidung.

Geringe Wärmeleitfähigkeit: etwa 7 W/(mK) für Ti-6Al-4V, etwa ein Siebtel von Kohlenstoffstahl, sodass sich die Schneidwärme an der Kante konzentriert, anstatt in den Span und das Werkstück zu fließen

Hohe chemische Reaktivität: Bei der Schneidtemperatur neigt Titan dazu, mit der Werkzeugoberfläche zu verschweißen, was zu Abrieb, Absplitterungen und schnellem Freiflächenverschleiß führt

Niedriger Elastizitätsmodul: etwa 110 GPa, etwa die Hälfte des Elastizitätsmoduls von Stahl, sodass sich schlanke Teile vom Werkzeug wegbiegen und rattern und das Werkzeug reibt, anstatt zu schneiden

Kaltverfestigung: Die bearbeitete Oberfläche verhärtet sich, wenn sie sich verformt, sodass ein zweiter Durchgang über dieselbe Oberfläche oder ein Werkzeug, das im Schnitt verweilt, auf Material trifft, das härter als das Grundmetall ist

Die praktische Konsequenz ist eine Regel, die für den Großteil der Titanbearbeitung gilt: Halten Sie das Werkzeug im Eingriff, halten Sie den Vorschub hoch genug, um unter die gehärtete Schicht zu schneiden, und lassen Sie das Werkzeug niemals reiben. Das Material für diese Teile entspricht normalerweise ASTM B348 für Stangen und Stangen, ASTM B265 für Bleche und Platten, AMS 4911 für Ti-6Al-4V-Bleche oder ASTM F136 für die ELI-Chirurgiequalität.

Schnittgeschwindigkeit und Vorschub-Startpunkte

Die folgenden Abbildungen sind Werkstatt-Ausgangspunkte für das Drehen, Fräsen und Bohren in Ti-6Al-4V. Sie sollten auf Werkzeugsteifigkeit, Kühlmittelzufuhr und Teilesteifigkeit abgestimmt sein.

Zwei Gewohnheiten verursachen die meisten Ausfälle von Titanwerkzeugen: das Verweilen, bei dem das Werkzeug in Kontakt bleibt, ohne vorwärts zu kommen, und ein leichter Schlichtdurchgang über eine Oberfläche, die bereits kaltverfestigt wurde. Beides sollte durch Programmierung eliminiert werden. Wenn ein Teil dünn ist, kostet die Unterstützung mit einer Lünette oder einem Reitstock weniger als die dadurch verhinderten Werkzeugbrüche.

Werkzeuggeometrie und Hartmetallauswahl

Verwenden Sie für die meisten Dreh- und Fräsarbeiten unbeschichtetes Mikrokorn-Hartmetall der ISO 513-Gruppe K mit einer scharfen, positiven Spangeometrie, die eher schert als reibt

Wenn eine Beschichtung gewünscht wird, werden Beschichtungen auf Aluminium-Chrom-Basis bevorzugt; Titan-basierte Beschichtungen können chemisch mit dem Werkstück interagieren

Polieren Sie die Spannuten, die Spanfläche und die Schneidkanten: Eine Hochglanzpolitur des Werkzeugs verringert die Adhäsion, den Hauptverschleißmechanismus bei Titan

Halten Sie den Nasenradius moderat, groß genug, um Kantenabsplitterungen zu vermeiden, und klein genug, um radiale Kräfte auf dünne Wände zu kontrollieren

Wählen Sie zum Fräsen einen starken Positiv-Spanfräser mit einer hohen Nutenzahl zum Schlichten und einer niedrigeren Nutenzahl mit mehr Spanraum zum Schruppen

Zum Bohren verwenden Sie eine geteilte{0}}Punkt- oder ausgedünnte-Steggeometrie mit durchgehender-Werkzeugkühlung, sofern die Tiefe dies zulässt

Schärfe ist bei Titan keine Präferenz, sondern eine Voraussetzung. Eine abgenutzte oder abgebrochene Kante erhöht sofort die Schnitttemperatur, wodurch die Haftung zunimmt und die Kante weiter abgenutzt wird. Das Werkzeugwechselintervall sollte anhand der Verschleißmessung und nicht anhand einer festen Laufzeit festgelegt werden.

Auswahl der Schneidflüssigkeit: Ein weit verbreitetes Missverständnis korrigieren

Titan benötigt eine Flüssigkeit, die sowohl schmiert als auch Wärme von der Kante ableitet, da das Werkstück selbst keine Wärme ableitet. Flüssigkeiten, die Hochdruckzusätze auf der Basis von Schwefel oder Phosphor enthalten, bilden einen Schutzfilm auf dem Werkzeug und dem Span, der den Kontakt zwischen Metall-auf- begrenzt und die Lebensdauer des Werkzeugs verlängert.

Für schwierige Stähle werden oft chlorhaltige Hochdruckflüssigkeiten empfohlen, für Titan sind sie jedoch die falsche Wahl. Bei den beim Schneiden erreichten Temperaturen können chlorierte Rückstände Titan angreifen und Spannungsrisskorrosion und interkristallinen Angriff verursachen. Wenn eine solche Flüssigkeit überhaupt verwendet wird, müssen die Teile gründlich gewaschen werden. Aus genau diesem Grund sind chlorierte Schneidflüssigkeiten in vielen Prozessspezifikationen für die Luft- und Raumfahrtindustrie eingeschränkt. Der richtige Ansatz ist eine chlorfreie Formulierung mit schwefel- oder phosphorbasierten Hochdruckadditiven und ein dokumentierter Reinigungsvorgang für den Fall, dass chlorhaltige Schmierstoffe, Reiniger oder Markierungsflüssigkeiten mit dem Teil in Berührung gekommen sind.

Wasser-lösliche Hochdruckflüssigkeiten eignen sich zum Bohren, Reiben und allgemeinen Drehen

Reine Öle werden dort eingesetzt, wo die Schmierung von entscheidender Bedeutung ist und die Kühlung zweitrangig ist, beispielsweise beim Gewindeschneiden und Gewindewalzen

Die Verdünnungskonzentration muss mit einem Refraktometer kontrolliert werden, da eine magere Mischung ihre Gleitfähigkeit verliert und eine reichhaltige Mischung schäumt und Rückstände hinterlässt

Hochdruckzufuhr durch das Werkzeug, in der 70-bar-Klasse und höher für anspruchsvolle Operationen, spült Späne weg und kühlt die Kante direkt

Die Flüssigkeit darf nicht mit Ölen gemischt werden, die für andere Materialien verwendet werden, und der Tank sollte frei von Fremdöl und Spänen gehalten werden

Steifigkeit, Kühlung, Spankontrolle und Sicherheit

Minimieren Sie den Werkzeugüberhang und spannen Sie das Werkstück so nah an der Schneidzone, wie es die Geometrie zulässt

Verwenden Sie einen starren Aufbau und eine starre Maschine. Titan wandelt die Durchbiegung direkt in Rattern, schlechte Oberflächengüte und Kaltverfestigung um

Richten Sie eine große Menge Kühlmittel auf die Schneidzone, um den Wärmekreislauf zu unterbrechen, anstatt sich auf eine Überflutungskühlung aus der Ferne zu verlassen

Brechen Sie Späne mit Geometrie und Vorschub, anstatt den Vorschub zu stoppen, und entfernen Sie Späne aus Taschen, damit sie nicht erneut geschnitten werden

Sammeln Sie Feinspäne und Staub: Trockene Titanfeinteile sind brennbar. Vermeiden Sie daher eine Ansammlung, verwenden Sie abgedeckte Behälter und bearbeiten Sie Titan niemals trocken, wo sich Feinstaub ansammeln kann

Halten Sie Titan-Arbeitsbereiche mit speziellen Werkzeugen und Vorrichtungen von Stahlarbeiten getrennt, damit keine Eisenverunreinigungen an die Oberfläche gelangen

Erfassen Sie Schnittparameter, Standzeit und Oberflächenbeschaffenheit, damit der Vorgang bei der nächsten Charge wiederholt werden kann

Die Inspektion nach der Bearbeitung sollte mehr als nur die Abmessungen umfassen. Bei Titan ist die Oberflächenintegrität wichtig: Eine brünierte, abgefressene oder kaltverfestigte Oberfläche kann Zugeigenspannungen verbergen und später zu Ermüdungserscheinungen führen. Eine Sichtkontrolle bei gutem Licht, die Messung der Oberflächenrauheit und, wenn die Spezifikationen dies erfordern, eine Prüfung auf Alpha-Hülle oder Kontaminationsschicht runden den Vorgang ab.

Häufig gestellte Fragen

F: Welche Schnittgeschwindigkeit sollte für Ti-6Al-4V verwendet werden?
Bei unbeschichtetem Hartmetall funktioniert ein Startbereich von 30 bis 60 m/min beim Drehen und Fräsen und 8 bis 15 m/min beim Hochgeschwindigkeitsbohren von Stahl gut. Die endgültigen Werte hängen von der Steifigkeit, der Kühlmittelzufuhr und der Teilesteifigkeit ab.

F: Kann Titan mit der gleichen Schneidflüssigkeit wie Edelstahl bearbeitet werden?
Nicht automatisch. Flüssigkeiten, die chlorierte Hochdruckzusätze enthalten, sollten für Titan vermieden werden, da heiße chlorierte Rückstände Spannungsrisskorrosion verursachen können; Verwenden Sie eine chlorfreie Flüssigkeit mit Schwefel- oder Phosphorzusätzen.

F: Welche Hartmetallsorte passt zu Titan?
Unbeschichtete Mikrokornsorten der ISO 513-Gruppe K mit scharfer positiver Spangeometrie sind die Standardauswahl. Wenn eine Beschichtung erforderlich ist, werden Beschichtungen auf Aluminium-Chrom-Basis gegenüber solchen auf Titan--Basis bevorzugt.

F: Warum verfestigt sich Titan während der Bearbeitung?
Die Oberflächenschicht verformt sich und verhärtet sich beim Durchgang des Werkzeugs. Leichte Reibdurchgänge und eventuelle Verweilzeiten im Schnitt treffen auf diese gehärtete Schicht, daher sollten Schnitttiefe und Vorschub hoch genug sein, um darunter zu schneiden.

F: Ist für Titan eine durchgehende Werkzeugkühlung erforderlich?
Dies ist nicht bei jedem Vorgang zwingend erforderlich, aber ein hoher -Druck durch-Werkzeugführung verbessert die Lochqualität und die Werkzeuglebensdauer beim Bohren und tiefen Taschenfräsen erheblich, indem Wärme abgeführt und Späne aus der Schneidzone gespült werden.

F: Besteht bei der Bearbeitung von Titan ein Brandrisiko?
Massives Titan ist das nicht, aber feine Späne und Staub können sich entzünden. Halten Sie die Maschine und den Boden frei von trockenen Feinpartikeln, verwenden Sie abgedeckte Behälter und vermeiden Sie trockene Schneidbedingungen, in denen sich Staub ansammeln kann.