Mapal: Walzenstirnfräser mit ISO-Wendeschneidplatten für Titan-Strukturbauteile Titan gekonnt gefräst

Mapal hat für die herausfordernde Bearbeitung von Integral- und Strukturbauteilen aus Titan einen innovativen Walzenstirnfräser mit ISO-Wendeschneidplatten entwickelt, der durch weichen Schnitt, hohe Laufruhe und absolute Prozesssicherheit auch bei hohem Aufmass überzeugt.

Anbieter zum Thema

Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

Rhenus Lub GmbH & Co KG

KIPP SCHWEIZ AG

Mapal Schweiz AG

MAPAL Fabrik für Präzisionswerkzeuge Dr. Kress KG

Die Menge an Integral- und Strukturbauteilen aus Titan nimmt zu. Damit reduzieren Hersteller, beispielsweise von Flugzeugen, die Anzahl der zu montierenden Teile. Ein Grossteil der Integralbauteile wird aus dem vollen Material gefräst, Zerspanraten von 90 Prozent sind hier an der Tagesordnung.

Zwar sind neue Technologien, wie das Laserwelding, bei dem Teile des Bauteils Schicht für Schicht aufgeschweisst werden, auf dem Vormarsch und sorgen für niedrigere Zerspanvolumen, allerdings ist auch bei den so hergestellten Integralbauteilen eine Schruppbearbeitung nötig.

Titan: niedriges Gewicht – schwierig zerspanbar

Der Werkstoff Titan wird aufgrund seines niedrigen Gewichts vor allem in der Luft- und Raumfahrtbranche, teilweise auch im Automobilbereich eingesetzt. Titan ist hochfest, leicht, aber schwer zu bearbeiten. Denn es besitzt eine geringe Wärmeleitfähigkeit und ist zudem sehr duktil, weshalb es bei der Bearbeitung zu erhöhter Reibung zwischen Werkzeug und Material kommt.

Während der Bearbeitung können sich durch diese speziellen Eigenschaften Spannungen im Bauteil aufbauen, die zu späteren Verformungen führen könnten.

Die Bauteile müssen ihre bearbeitete Form beibehalten, in keinem Fall darf Ausschuss produziert werden. Denn bei dem hohen Wert der Bauteile ist die Prozesssicherheit bei der Zerspanung eines der entscheidenden Kriterien.

Herausforderungen an Zerspanwerkzeuge

Sowohl die Integralbauweise als auch der Werkstoff Titan stellen besondere Herausforderungen an die Werkzeuge: Das hohe Zerspanvolumen und die damit einhergehende Zerspanzeit, die hohen Schnitttiefen und die spezifischen Eigenschaften des Titans müssen bei der Werkzeugauslegung beachtet werden.

Die Forderung nach hohen Produktionsraten beziehungsweise kurzen Bearbeitungszeiten stehen diesen Aspekten entgegen.

Innovativer Walzenstirnfräser von Mapal

Der Werkzeughersteller Mapal hat sich dieser Forderungen des Marktes angenommen und einen innovativen Walzenstirnfräser mit ISO-Wendeschneidplatten zur Schruppbearbeitung von Titan entwickelt, der durch einen weichen Schnitt, hohe Laufruhe und einen sicheren Prozess auch bei hohem Aufmass überzeugt. Unterschiedliche Schneidplattengrössen der einzelnen Zahnreihen sorgen für eine hohe Performance des neuen Fräsers.

Die Schneidplatten sind radial eingebaut. «Durch die Duktilität des Materials erfahren die Platten eine deutlich höhere Belastung als beispielsweise bei der Bearbeitung von Guss. Der radiale Einbau unterstützt die Schneidplatte bei der Aufnahme dieser Belastungen», verdeutlicht Axel Fleischer, der die Entwicklung des Fräsers als verantwortlicher Senior-Projektmanager betreute, und ergänzt: «Neben den Schneiden und deren optimaler Einbaulage spielte der Grundkörper des Fräsers bei der Entwicklung eine entscheidende Rolle.» Die Wahl eines speziellen Werkzeugstahls, der gehärtet und vernickelt wird, erwies sich als bedeutender Faktor für die Funktion des Grundkörpers.

Jede Schneide wird mit Kühlmittel versorgt

Um den Grundkörper möglichst steif zu gestalten und dem Schwingen entgegenzuwirken, ist die Verschlussschraube der modularen Variante direkt auf der Spannschraube, die so nah wie möglich am Fräseraufsteckdorn des Spannmittels angebracht ist, verblockt. Die Spannung ist damit deutlich stabiler. Ebenso wurde die innere Kühlmittelversorgung dahingehend optimiert, dass jede Schneide separat mit Kühlmittel versorgt wird.

Versuche und Berechnungen zahlen sich aus

Die optimal ausgelegte Kühlmittelzufuhr stellt gemeinsam mit den grossen, polierten Spanräumen die prozesssichere Abfuhr der Späne sicher. Die Spanraumgestaltung kristallisierte sich während der Werkzeugentwicklung zwar als sehr aufwendiges, aber für den Erfolg des Fräsers überaus wichtiges Kriterium heraus.

Denn bei den hohen Zerspanraten ist die gesicherte Spanabfuhr für die Prozesssicherheit entscheidend. «Zahlreiche Versuche waren nötig», resümiert Dietmar Maichel, Entwicklungsingenieur bei Mapal. Die Versuche führten zum Erfolg, zu dem auch die innovative M-Wave, ein optimierter Übergang zwischen der ersten und zweiten Zahnreihe, einen grossen Teil beiträgt.

Die sonst üblichen Durchgangslöcher für die Befestigung der einzelnen Schneidplatten sind beim neuen Fräser durch Sacklöcher ersetzt. «Damit entfallen die Austritte im dahinter liegenden Spanraum, Späneklemmer sind ausgeschlossen», erläutert Axel Fleischer. Gegenüber einem Standardgrundkörper zum Schruppen ist zudem der Achswinkel des neuen Fräsers deutlich erhöht. Dies führt neben anderen Aspekten zu dem geforderten weichen Schnitt, der die Spannungen im Bauteil minimiert.

Arbeitswerte in der Praxis überzeugen

Wie gut die einzelnen Optimierungen im Zusammenspiel funktionieren, zeigen erste Versuche in der Praxis. «Ein Kunde aus der Luftfahrtindustrie ist sehr zufrieden mit den erreichten Werten des neuen Mapal-Fräsers für die Titanbearbeitung», erklärt Jens Ilg, verantwortlicher Projektingenieur bei Mapal. Zur Bearbeitung eines Bauteils aus einer Titanlegierung TiAl6V4 sind zwei der neuen Fräser mit Durchmessern von 50 mm (Z=4) und 63 mm (Z=5) im Einsatz, bei Schnitttiefen von bis zu 30 mm und einem Vorschub pro Zahn von 0,15 mm im Vollschnitt. SMM

(ID:44350832)