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Baublies: Umformwerkzeuge für Gewinde Gewinde in Titan besser rollieren

| Redakteur: Konrad Mücke

Für die Raumfahrt war an einem Bauteil aus einer Titanlegierung ein Gewinde zu fertigen. Mit spanenden Verfahren waren die Forderungen hinsichtlich Genauigkeit, Geometrie und Oberflächengüte nicht zu erfüllen. Als geeignet erwies es sich, das Gewinde zu rollieren.

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Produktiv zum hochfesten und genauen Aussengewinde: Gewinderollwerkzeug
Produktiv zum hochfesten und genauen Aussengewinde: Gewinderollwerkzeug
(Bild: Baublies)

Speziell bei Komponenten für die Luft- und Raumfahrt stehen Fertigungsunternehmen oft vor besonderen Herausforderungen. Das gilt beispielsweise für ein Bauteil eines Versorgungsventils für ein bemanntes Raumschiff. Es soll aus einer spröden Titanlegierung gefertigt werden, um zum einen ausreichend fest, zum anderen aber leicht zu sein. Speziell sind strenge Forderungen an die Güte der Oberflächen zu erfüllen.

Titanlegierung schwierig zu bearbeiten

«Nach ersten Tests war klar, dass aufgrund der werkstoffspezifischen Eigenschaften und der vorgegebenen Oberflächengüte das Innenrundschleifen kein zufriedenstellendes Ergebnis liefern kann», berichtet Markus Mühleisen. Alternativ prüften die Lohnfertiger das Rollieren als Bearbeitungsverfahren, um die Oberflächen ausreichend zu optimieren. Bei diesem umformenden Verfahren wird die Oberfläche geglättet, indem eine Rolle mit definiertem Anpressdruck über das Werkstück geführt wird. Sobald aufgrund des Drucks die Fliessgrenze des Werkstoffs überschritten wird, werden die Spitzen an der Werkstückoberfläche in die Täler verdrängt. Somit hat das Werkstück nach dem Rollieren eine deutlich verringerte Rautiefe. Durch das kalte Umformen verfestigt zusätzlich der Werkstoff an der Oberfläche. Auch die Fertigung von Gewinden ist mit diesem Verfahren umformend möglich. Das Gewinde wird mit profilierten Rollen eingewalzt. Dabei lässt sich im Vergleich zum klassischen Gewindeschneiden eine höhere Qualität erzielen. Die Verschleissfestigkeit wird verbessert. Zudem wird die Kerbempfindlichkeit reduziert, da der Faserverlauf des Werkstücks beim Gewinderollen nicht unterbrochen wird. Zusätzlich wird eine Kaltverfestigung erzielt.

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Rollieren und Gewinderollen erfolgversprechend

Um die anspruchsvolle Bearbeitung zu bewältigen, nahm die Mühleisen GmbH mit der im schwäbischen Malmsheim ansässigen Baublies AG Kontakt auf. Letztere gilt als ein führender Hersteller von Rollier- und Diamantwerkzeugen mit einem über Jahrzehnten gesammelten Know-how in der Oberflächenbearbeitung. Zur gleichnamigen Unternehmensgruppe gehören der Hersteller für Diamantwerkzeuge Bayer Diamant und der Werkzeugspezialist auch Wagner Tooling Systems. Diese Konstellation ermöglicht nicht nur einen Technologietransfer innerhalb der Unternehmensgruppe, sondern auch eine unbürokratische Kooperation beim Kontakt mit Auftraggebern. «Gleich in den ersten Gesprächen skizzierten die Experten eine Lösungsmöglichkeit und stellten uns Werkzeuge und Prozessdaten zur Verfügung», berichtet Markus Mühleisen. Zudem arbeiteten auch die Kollegen von Wagner Tooling Systems mit. Somit konnte ein abgestimmtes Verfahren zum Fertigen der Aussengewinde und zum Bearbeiten der Oberflächen in der Bohrung basierend auf der Expertise des jeweiligen Partners entwickelt werden.

Besser als gefordert

Die Testphase startete in enger Zusammenarbeit aller beteiligten Partner. Die Hersteller Baublies und Wagner stellten die Werkzeuge bereit, Mühleisen prüfte die Testergebnisse mithilfe seiner präzisen Koordinaten-Messmaschinen und dokumentierte alle Fertigungsschritte, Ergebnisse und die Vorgehensweise in der Software RM-PAS. «Auf diese Weise konnten wir Schritt für Schritt die Ergebnisse optimieren, bis wir einen stabilen Produktionsprozess erreichten», beschreibt Berthold Dehner, Leiter Vertrieb und Anwendungstechnik bei Baublies, das Vorgehen und ergänzt: «Letztlich betraten auch wir Neuland, weil das Rollieren von Titanlegierungen eine alles andere als alltägliche Anwendung darstellt.» Resultat der Produktionstests war am Ende ein sicheres Bearbeitungsverfahren, mit dem die Vorgaben in Bezug auf Rauhtiefe und Traganteil nicht nur erfüllt, sondern deutlich übertroffen wurden. Darüber hinaus verbesserte das Rollieren die Zylinderform der Bohrung. Die dokumentierten Ergebnisse überzeugten auch die zuständige Raumfahrtbehörde in den USA. Sie gab das Bauteil zur Produktion frei. Damit habe einem Fertigungsauftrag nichts mehr im Wege gestanden, freut sich Markus Mühleisen: «Aus unserer Sicht war dies ein Paradebeispiel, wie drei hochspezialisierte Mittelständler unbürokratisch und zielgerichtet zusammenarbeiten, um eine spannende und anspruchsvolle Fertigungsaufgabe zu lösen.» - kmu - SMM

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