Interview: Alberto Gotti, Leiter R&D Mikron Tool SA Agno

Schneidkanten müssen scharf, aber verrundet sein

| Redakteur: Matthias Böhm

Im R&D-Zentrum der Mikron Tool werden die Werkzeug-Neuentwicklungen unter optimalen Bedingungen getestet.
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Im R&D-Zentrum der Mikron Tool werden die Werkzeug-Neuentwicklungen unter optimalen Bedingungen getestet. (Bild: Thomas Entzeroth)

Der Werkzeughersteller Mikron Tool SA Agno gehört im Bohren und Fräsen im kleinen Durchmesserbereich zu einem der Besten der Welt. Im Interview erklärt Dr. Alberto Gotti, Leiter R & D, warum Titan & Co. so schwierig zerspanbar ist, welche Rolle die Schneidkanten, das Substrat und der Kühlschmierstoff spielen.

SMM: In der Luft- und Raumfahrt werden heute vermehrt CFK, Titan, Inconel eingesetzt. Inwieweit sind Bearbeitungen von solchen Werkstoffen für Mikron von Bedeutung?

Dr. Alberto Gotti: Die Tendenz, solche schwer zu zerspanenden Werkstoffe vermehrt einzusetzen, gibt innovativen Unternehmen wie Mikron Tool die Chance, mit der Entwicklung von geeigneten Werkzeugen an der Spitze der Fertigungs-Technologie mit dabei zu sein.

Wie stellen Sie sich als Werkzeughersteller solchen Herausforderungen?

Dr. A. Gotti: Neue Lösungen für neue Materialien zu finden, mit neuen Geometrien, neuen Beschichtungen oder neuen Schneidstoffen erfordert ein kompetentes Team, das sich intensiv mit diesen Themen befassen kann. Bei uns kümmert sich ein R&D-Team um diese Tests sowie um kundenspezifische Versuche. In unserem neu gegründeten Technologiezentrum können wir uns diesen Herausforderungen stellen und fokussiert an Lösungen arbeiten.

Welche Herausforderungen stellen sich bei der Bearbeitung von CFK und CFK-Titan-Aluminium-Verbundwerkstoffen?

Dr. A. Gotti: Da diese Kompositmaterialien eine mehrlagige Struktur haben, riskieren sie, bei der Bearbeitung mit Hartmetallwerkzeugen delaminiert zu werden infolge des schnellen Verschleisses der Werkzeuge. Was natürlich nicht akzeptabel ist, weil damit die Bauteil-Struktur an Festigkeit verliert. Bisher haben wir dieses Thema nicht weiter verfolgt, wir konzentrieren uns zurzeit (noch) auf die Entwicklung im Bereich Vollhartmetallwerkzeuge. Vorzugsweise werden diese Materialien mit PKD-Werkzeugen bearbeitet.

Titan wird wegen seiner guten Eigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit, geringe Dichte, hohe Festigkeit vermehrt in der Luftfahrt für Strukturbauteile eingesetzt. Strukturbauteile werden oft mit hohen Zerspanraten hergestellt. Wo liegen aus Ihrer Sicht als Werkzeughersteller die Herausforderungen bei der Titanbearbeitung?

Dr. A. Gotti: Titan ist ein schlechter Wärmeleiter. Die im Prozess entstehenden Späne können die bei der Bearbeitung entstehende Wärme nicht absorbieren. Deshalb geht die Wärmeenergie verstärkt in das Werkzeug über, die Schneiden erhitzen sich, das Risiko für einen Schneideckenausbruch ist dadurch erhöht. Deshalb muss die Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeit reduziert werden, was einer hohen Abtragsrate nicht förderlich ist. Der Werkzeughersteller ist gefordert, das Werkzeug so zu gestalten, dass die entstehende Hitze abgeführt werden kann oder erst gar nicht entsteht. Dies geschieht idealerweise mit einer geeigneten Kühlung, was vor allem bei kleinen Dimensionen eine Herausforderung ist.

Können Sie weitere Gründe nennen, warum sich Titan – vom Wärmeeintrag abgesehen – schwierig zerspanen lässt?

Dr. A. Gotti: Das zäh-elastische Verhalten vor allem bei reinem Titan ist eine zusätzliche Herausforderung. Die hohe Scherkraft führt zu hoher mechanischer Schneidenbelastung, die Späne schiefern sich auf, verkleben und sind langspanig. Zudem neigt Titan zum Verschweissen mit dem Schneidwerkzeug.

Gibt es spezifische Unterschiede in Titanbearbeitung, je nachdem, ob die Titanlegierungen in der Luftfahrt oder in der Medizintechnik eingesetzt werden?

Dr. A. Gotti: Prinzipiell kann man sowohl reines Titan wie auch Legierungen in beiden Bereichen antreffen. Dennoch: In der Luftfahrt werden vorwiegend Titanlegierungen mit höherer Festigkeit eingesetzt, diese sind relativ einfach zu bearbeiten. Allerdings muss beim Bearbeitungsprozess darauf geachtet werden, grosse thermische Belastungen zu verhindern, die sich negativ auf die Festigkeit des Werkstoffes auswirken könnten. Demgegenüber setzt die Medizintechnik, vor allem bei Implantaten aufgrund der Biokompatibilität, eher reines Titan (Grade 2–4) ein. Dies ist jedoch aufgrund ihrer Zähigkeit bedeutend weniger zerspanungsfreundlich.

Können Sie typischerweise etwas zu den Substraten, Schneidkantenverrundungen und zu den Schneidkantengeometrien sagen, die für Titanbearbeitung ideal sind? Wo liegen aus Ihrer Sicht die besonderen Herausforderungen?

Dr. A. Gotti: Als Hersteller von Werkzeugen gerade in diesem Bereich verraten wir natürlich nicht gerne die Lösungen, welche wir im Bereich Titanbearbeitung entwickelt haben. Allgemein kann man sagen, dass bei zäh-elastischen Werkstoffen schärfere Kanten von Vorteil wären, diese aber mehr als verrundete Kanten den Risiken von Ausbrüchen ausgesetzt sind. Deshalb zeichnen sich gute Werkzeuge für die Titanbearbeitung durch eine ganz gezielte Kantenverrundung aus.

Inconel-Werkstoffe werden dann eingesetzt, wenn hohe Festigkeiten bei hohen Temperaturen gefordert werden. Ein Werkstoff, der Konstrukteure begeistert, aber Zerspanern Kopfzerbrechen bereitet. Wie stellen Sie sich diesen Herausforderungen?

Dr. A. Gotti: Noch mehr als bei rost- und säurebeständigen Stählen oder bei Titan setzen wir bei nickelbasierten Legierungen (wie Inconel, Hastelloy oder Waspaloy) auf Werkzeuge mit einer effizienten, konstanten Kühlung. Daran forschen wir seit einiger Zeit und haben auch bereits gute Lösungen anzubieten, sei es im Bereich Bohren wie auch Fräsen.

Mit welchen Werkzeugen respektive Werkzeug-Werkstoffen und Beschichtungen wird Inconel heute optimal bearbeitet?

Dr. A. Gotti: Hartmetallwerkzeuge eignen sich gut für die Bearbeitung von Inconel und anderen Nickel-basierten Stählen. Hartmetall erlaubt das Schleifen von idealen Geometrien, die zu einer verminderten Wärmeentwicklung führen. Da das Thema Hitzeentwicklung bei diesen Materialien ohnehin wesentlich ist, muss auch bei der Wahl des Hartmetalls und der Beschichtung auf eine gute Hitzebeständigkeit geachtet werden.

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