«CrazyDrill Titanium TN / TK» für Reintitan und alle Titanlegierungen Hochleistungs-Mikrobohrer für Titan

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Mikron Switzerland AG, Division Tool

GGB Heilbronn GmbH

Angehrn AG - Umformtechnik

Für das Mikrobohren von Reintitan und allen Titanlegierungen hat Mikron Tool den «CrazyDrill Titanium TN / TK» entwickelt. Er ist ab sofort für den Durchmesserbereich von 0,2 bis 2 Millimeter und für Bohrtiefen von 3 x d und 6 x d erhältlich. Somit ergänzt Mikron Tool das bestehende Titan-Bohrer Programm von 1 - 6.35mm. Die Version TK ist bereits ab 15 bar Innenkühlung einsetzbar, ein Hochdruck-Kühlschmierstoff-System ist so nicht zwingend notwendig. Die Version TN hingegen wurde für externe Kühlung entwickelt.

Ausgangslage: Titanbasierte Werkstoffe und Legierungen werden vor allem wegen ihrer dichteabhängigen Festigkeit, ihrer guten Korrosionsbeständigkeit und der daraus resultierenden hervorragenden Biokompatibilität eingesetzt.

Darüber hinaus weisen Titanwerkstoffe eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit auf. Aufgrund dieser Eigenschaften werden Reintitan und seine Legierungen in der Medizintechnik, der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau, im Energiesektor sowie in der Prozessindustrie eingesetzt.

Werkstoffspezifische Eigenschaften und Zerspanungsverhalten

Die oben genannten spezifischen Eigenschaften von Titan(-legierungen) führen zu einem anspruchsvollen Belastungskollektiv bei der spanenden Bearbeitung. In Verbindung mit der hohen Festigkeit bei erhöhten Temperaturen ergeben sich hohe thermomechanische Werkzeugbelastungen, welche die Werkzeuge in der Schnittzone erheblich beanspruchen und eine wesentliche Rolle beim Werkzeugverschleiss spielen.

Darüber hinaus begünstigen die hohen Temperaturen in der Schnittzone Diffusions- und Adhäsionsvorgänge, die zu Aufschweissungen des Titans an der Werkzeugschneide und durch das kontinuierliche Abreissen dieser Aufschweissungen zu erhöhtem Werkzeugverschleiss und schlechterer Oberflächenqualität führen können.

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Bohren von Titan: Mikroelastisches Verhalten der Randzonen

Beim Bohren von Titan kommt noch eine Eigenschaft erschwerend hinzu. Es ist das Verhalten der bearbeiteten Randzone während der Spanbildung. Der Werkstoff weicht während der Spanbildung im Mikrometerbereich zurück, um sich nach dem Austritt der Schneide wieder elastisch zu verformen. Wird dieses titanspezifische Werkstoffverhalten bei der Bohrerentwicklung nicht berücksichtigt, kann kein stabiler Bohrprozess erreicht werden.

Kritisches Zerspanungsverhalten bei Titan

Kritisch beim Bohren von Titan ist, wie oben beschrieben, dass sich die Bohrung während des Bohrprozesses wieder verjüngt. Das heisst, der Bohrungsdurchmesser ist im Mikrometerbereich kleiner als der Nenndurchmesser des Bohrers. Ohne «titanangepasste» Werkzeuggeometrie führt dieser Effekt nicht nur zu einem zu kleinen Bohrungsdurchmesser, sondern auch zu einer unerwünschten Drehmomenterhöhung und im schlimmsten Fall zum Bruch des Bohrers, was die Prozesssicherheit erheblich reduzieren würde.

Alberto Gotti (Entwicklungsleiter, Mikron Tool): «Dieses Wissen ist entscheidend für die Entwicklung der Mikro- und Makrogeometrien unserer Hochleistungs-Mikrobohrer ‹CrazyDrill Titanium TN / TK›, die auf dieses Materialverhalten ausgelegt sein müssen, damit die Bohrungen prozesssicher hergestellt werden können. Dieser Entwicklungsprozess erfordert ein enormes Know-how. Hinzu kommt die Umsetzung der Mikro- und Makrogeometrien bei der Herstellung der ‹CrazyDrill Titanium TN / TKY›. Dank neuester Schleiftechnologie sind wir heute in der Lage, die Bohrer prozesssicher in Serie zu fertigen.»

Titanzerspanung: hoher Energie- und Wärmeeintrag

Eine weitere Gemeinsamkeit aller Titanlegierungen ist der notwendige hohe Energieeintrag bei der Zerspanung von Titan, der letztlich zu einem hohen Wärmeeintrag in der Zerspanungszone an den Hauptschneiden führt, der bei Titan nur unzureichend über die Späne abgeführt werden kann. Zu hohe Temperaturen an den Schneiden führen zu Mikroausbrüchen und schnellerem Werkzeugverschleiss.

Hier heisst es kühlen, kühlen, kühlen und/oder Hartmetallsubstrate mit höherer Warmfestigkeit einsetzen. Die neue Bohrerserie wurde für Fertigungsbedingungen entwickelt, bei denen Kühlmitteldrücke im Bereich von 15 bis 30 bar zur Verfügung stehen, oder für Situationen, in denen nur eine Aussenkühlung realisierbar ist.

«CrazyDrill Titanium TN / TK»: der Unterschied

Alberto Gotti: «Generell sind KSS-Drücke im Bereich von 5 bis 40 bar kühltechnische Rahmenbedingungen, die alles andere als optimal, aber in vielen Fertigungsbetrieben Standard sind. Genau für diese Anwender wurde die Titan-Mikrobohrerserie ‹CrazyDrill Titanium TN / TK› entwickelt».

«CrazyDrill Titanium TK»: Kühlung im Schaft integriert

Der «CrazyDrill Titanium TK» verfügt über die patentierte, im Schaft integrierte Kühlung, die es ermöglicht, den Bohrer direkt und massiv in der Schnittzone mit Kühlmittel zu versorgen, um die Wärme effizient abzuführen und so eine hohe Standzeit des Werkzeugs zu gewährleisten. Der kontinuierliche Kühlmittelstrahl sorgt zudem für eine optimale Spanabfuhr. Der «CrazyDrill Titanium TK» kann ab einem Mindestdruck von 15 bar eingesetzt werden.

«CrazyDrill Titan TN»: externe Kühlmittelzufuhr

Der «CrazyDrill Titanium TN» ist konsequent auf externe Kühlung ausgelegt. Aus diesem Grund wurde auch bei diesem Hochleistungsbohrer auf ein hochwarmfestes Hartmetallsubstrat gesetzt. Entscheidend ist zudem eine Hochleistungsbeschichtung, die das Hartmetallsubstrat vor zu hohem Wärmeeintrag schützt.

Geringere Axialkräfte dank spezieller Spitzengeometrie

Gerade beim Mikrobohren müssen die Axialkräfte so gering wie möglich gehalten werden. Eine herkömmliche Spitzengeometrie mit breitem Kern erzeugt prozessbedingt hohe Axialkräfte. Hohe Axialkräfte wirken sich negativ auf den Verschleiss und die Bohrungsgenauigkeit aus. Zudem können sie bei filigranen, labilen Werkstücken zu Verformungen während des Bohrprozesses führen.

Die «CrazyDrill Titan TK / TN» sind mit einer speziell ausgelegten Kernausspitzung versehen. In Kombination mit einer auf Titanwerkstoffe abgestimmten Schneidengeometrie konnten die Axialkräfte deutlich reduziert werden. Das Ergebnis ist eine Axialkraftreduzierung von 25% bis 45% im Vergleich zu Wettbewerbsprodukten.

Eigenschaften der Mikrobohrer «CrazyDrill Titanium TN / TK»

Die neuen «CrazyDrill Titanium TN / TK» zeichnen sich insbesondere durch folgende konstruktive Merkmale aus:

• Eine auf Titanlegierungen zugeschnittene Spitzengeometrie mit reduzierter Querschneide.

• Geringere Axialkräfte.

• Ein speziell für das Titanbohren entwickeltes Bohreraussenprofil.

• Einem für diese Bedingungen neu entwickelten Hartmetallsubstrat.

• Polierte Nuten für sichere Spanabfuhr.

• Titanspezifische Kantenverrundung.

• Speziell auf Titanwerkstoffe und Mikro-Hochleistungsbohrer abgestimmte Beschichtung.

Hohe Bohrungsgenauigkeit

In ersten Testreihen hat der «CrazyDrill Titanium TN / TK» im Vergleich zu einem technologisch hochwertigen Mitbewerber hervorragend abgeschnitten. Sowohl beim Bohrungsdurchmesser als auch bei der Positioniergenauigkeit und der Rundheit der Bohrung konnten um den Faktor 2 bis 3 bessere Werte erzielt werden.

Schnittdaten nach Herstellerangaben und 3-fache Standzeit

Damit ist der «CrazyDrill Titanium TN / TK» in der Lage, Reintitan und alle seine Legierungen prozesssicher und mit höchster Performance zu bohren. Der «CrazyDrill Titanium TN / TK» bringt maximale Vorschubgeschwindigkeiten, sehr hohe Standzeiten, beste Prozesssicherheit und letztendlich eine sehr hohe Bohrgenauigkeit. Erste Vergleiche ergaben bei gleichen Schnittdaten eine 3-fach höhere Standzeit gegenüber dem Wettbewerb.

Eindeutige und bei Mikron Tool getestete Schnittdaten wie Schnittgeschwindigkeit vc, Vorschub f und Bohrstösse Q ermöglichen eine schnelle und sichere Bearbeitung. Mit Hilfe der aktuellen Schnittwerttabelle können die Schnittdaten nach Werkstoffgruppe, Werkstoffart, Härte oder Zugfestigkeit, Werkstoffnummer, DIN und AISI/ASTM/UNS einfach und schnell ermittelt werden.

Verfügbarkeit und Sonderausführungen

Der «CrazyDrill Titanium TN / TK» ist ab sofort von 0,2 bis 2 Millimeter und für Bohrtiefen von 3 x d und 6 x d in Abstufungen von 0,05 mm erhältlich. Mikron Tool bietet den «CrazyDrill Titanium TN / TK» auch in kundenspezifischen Ausführungen an.

(böh)

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