29.05.2024

Titan wirtschaftlich zerspanen

Ganzheitliches Prozessverständnis für optimale Bearbeitungsergebnisse

Das Zerspanen von Titan unterscheidet sich grundlegend von der Bearbeitung von Guss oder Stahl. Für wirtschaftliche Ergebnisse müssen Werkzeugtechnologie und Prozess optimal ausgelegt sein. Mit seinem ganzheitlichen Verständnis um die Gesamtzusammenhänge in der Zerspanung von Titan ist MAPAL in der Lage, dieses Optimum aus Präzision und Wirtschaftlichkeit zu identifizieren.

Das Bild zeigt unterschiedliche Werkzeuge für die Titanzerspanung sowie ein beispielhaftes Bauteil.
  • Das Bild zeigt unterschiedliche Werkzeuge für die Titanzerspanung sowie ein beispielhaftes Bauteil.
  • Ein Diagramm zeigt unterschiedliche Phasen des Werkzeugverschleisses.

Die Materialeigenschaften von Titan werden in vielen Bereichen wie etwa Luftfahrt, Automobilbau und Medizintechnik geschätzt. Für die Zerspanung ist der Werkstoff eine Herausforderung. Ursache ist dessen extrem niedrige Wärmeleitfähigkeit. Zum Vergleich: Bei der Stahlbearbeitung verbleiben zehn Prozent der Temperatur im Werkstück, 15 Prozent führen zu einer Belastung am Schneidwerkzeug und der weitaus größte Teil mit 75 Prozent der Wärme wird in die Späne eingeleitet und mit diesen abtransportiert. Bei Titan ist das komplett anders. Hier nehmen die Späne lediglich 25 Prozent der Wärme auf. Der Löwenanteil von 60 Prozent geht ins Werkzeug und verursacht eine hohe thermische Belastung der Schneide beziehungsweise des Schneidstoffes. Das führt zu erheblich geringeren Standzeiten. Die Schneidstoffkosten rücken damit in den Vordergrund. 

Einfluss der Schnittgeschwindigkeit auf den Verschleiß

Ein Diagramm zeigt die Wärmeabfuhr während der Fräsbearbeitung – Gegenüberstellung von Stahl und Titan.
Wärmeabfuhr während der Fräsbearbeitung – Gegenüberstellung von Stahl und Titan. ©MAPAL  ©MAPAL
Zu niedrige Schnittgeschwindigkeiten führen zu Adhäsion, also einem Aufkleben des Materials. Bei zu hohen Schnittgeschwindigkeiten steigt das Risiko von Abrasion beziehungsweise tribochemischem Verschleiß steil an, der Schneidstoff verbrennt. Ein Indikator für den Zustand der Schneide ist die Verschleißmarkenbreite. In einem stationären Bereich wächst sie langsam und kontinuierlich an. Wird dieser Bereich überschritten und die Bearbeitung gelangt in den instationären Bereich, kommt es zu einem schnellen und unkalkulierbaren Versagen der Werkzeugschneide. Das passiert, wenn die Schnittgeschwindigkeit oder der Vorschub zu hoch gewählt wurden. Bis zu 100 Prozent Standzeitunterschied liegen zwischen dem stationären und dem instationären Bereich.
Ein Diagramm zeigt unterschiedliche Phasen des Werkzeugverschleisses.
Phasen des Werkzeugverschleisses.   ©MAPAL
Für den Außendienst von MAPAL ist es sehr wichtig, Prozesse mit einzufahren, die Verschleißmarkenbreite zu kontrollieren und dem Kunden aufzuzeigen, wann das Ende des stationären Bereiches erreicht ist, für ein prozesssicheres Optimum der Maschinenlaufzeiten. In der Regel wird bei einem Verschleiß von etwa 0,2 mm empfohlen, das Werkzeug zu wechseln. Ein Hartmetallfräser ist dann noch nachschleifbar, bei höherem Verschleiß nicht mehr. 
Das Bild zeigt unterschiedliche Werkzeuge für die Titanzerspanung sowie ein beispielhaftes Bauteil.
Die Zerspanungsspezialisten von MAPAL unterstützen mit innovativer Werkzeugtechnologie und optimaler Prozessauslegung.   ©MAPAL
Das Prozesswissen um die Titanbearbeitung hat MAPAL in die Entwicklung seiner Werkzeugtechnik einfließen lassen. Im Fokus stehen dabei die Verschleißkriterien und ihre Beeinflussung auch über den am besten geeigneten Schneidstoff hinaus. Für eine optimale Wärmebeständigkeit setzt MAPAL auf innovative Schneidstoffe, also ausgewählte Hartmetallsorten und abgestimmte Beschichtungen, die eine möglichst geringe Reibung erzeugen. Die Mikro- und Makrogeometrie mit extrem positiven Werkzeuggeometrien, polierten Spanflächen und Maßnahmen der effizienten Kühlung stellen die Weichen für eine wirtschaftliche Zerspanung. Doch ist das sorgfältige Austarieren der Schnittwerte für die Kosten einer Titanbearbeitung unerlässlich.

Faster doesn’t mean lower costs per part

When machining steel and cast iron, higher cutting speeds often mean higher productivity and lower overall costs, which are made up of machine costs and cutting material costs. The machine costs get lower the quicker and more efficiently the machine operates. Although the cutting material costs increase in this case, an optimum in terms of overall costs is nevertheless achieved at a relatively high cutting speed. Conversely, when it comes to titanium, higher cutting speeds are not expedient. Tobias Gräupel, Technical Expert Indexable Tools at MAPAL, proves this with an economic efficiency calculation that optimises the cutting data of titanium machining from a cost point of view. A milling operation with a NeoMill-Titan-2-Corner with four cutting edges that machines TiAl6V4 with a cutting depth of 4 mm and a cutting width of 24 mm is considered. An examination of different combinations of feed rates and cutting speeds leads to a clear recommendation in terms of the machining values for titanium machining.

By way of comparison, when machining a steel part, doubling the cutting speed from 200 m/min to 400 m/min resulted in an overall cost saving of 24 percent per part. When machining a titanium workpiece, increasing the cutting speed from 32 m/min to 50 m/min results in a cost increase of 259 percent. “An increase in the cutting speed is clearly reflected in the overall costs. They skyrocket”, comments Gräupel. The optimum cost is achieved with a machining operation with high feed rates and low cutting speeds. If, on the other hand, the cutting speeds were maximised in addition to the high feed rates, the costs would be more than four times as high.

“These economic efficiency calculations are vital especially for larger lot sizes”, highlights Gräupel. After all, when producing large quantities, the overall costs play a major role when it comes to making investment decisions. Inefficient cutting parameters cause the total costs in titanium to shoot up; only the combination of innovative tool technology and optimum process design leads to a perfect result. The technical consultants at MAPAL harness this expertise to help production managers achieve optimum results regardless of machining and production batch sizes.
 


Kathrin Rehor, PR Project Manager at MAPAL

Contact

Kathrin Rehor Public Relations Kathrin.Rehor@mapal.com Phone: +49 7361 585 3342


Further items about the products area