Wenn Titan auf schwäbisches Know-how trifft: Die Titanbearbeitung Live im Workshop!

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Titan – ein Werkstoff, der im modernen Fertigungsumfeld immer mehr eine zentrale Schlüsselrolle spielt. Doch die Bearbeitung ist aufgrund seiner Festigkeit und Materialeigenschaften anspruchsvoll und verlangt spezialisierte Strategien. Wie genau lassen sich also diese Herausforderungen bei der Titanbearbeitung meistern?

Genau diese komplexen Anforderungen haben wir im Rahmen unseres Workshops tiefgreifend untersucht. Denn ein Werkstoff der Extreme verlangt nach ebenso extremen Lösungen. Für die Bearbeitung sind fortschrittliche CNC-Technologien und spezielle Werkzeuge erforderlich. Und genau hier kommt unser neues HAM-Titanprogramm ins Spiel. In Kombination mit modernen Kühlmethoden ermöglicht es eine effiziente und präzise Bearbeitung von Titan, was unsere Live-Zerspanung eindrucksvoll unter Beweis stellte.

Titan: Ein Überblick über das Leichtmetall und seine Grades

Titan, ein leichtes und widerstandsfähiges Element, ist aufgrund seiner geringen Dichte und hohen Beständigkeit gegenüber Korrosion und Hitze sehr begehrt. Obwohl das Leichtmetall eines der zehn häufigsten Elemente in der Erdkruste ist, liegt es hauptsächlich in Mineralien vor, was die Gewinnung erheblich energieintensiv macht – rund viermal so hoch wie bei Aluminium.

Doch Titan entspricht nicht gleich Titan! Es wird in verschiedene Kategorien, sogenannte „Grades“ unterteilt, die entweder reines oder legiertes Titan darstellen. Reines Titan findet sich in den Grades 1 bis 4 wieder, wobei Grade 2 mit 99,7 % Reintitan am häufigsten in der Medizintechnik verwendet wird. Es bietet eine gute Balance zwischen Festigkeit und Verformbarkeit. Legiertes Titan reicht hingegen von Grade 5 bis 39. Hier zählt Grade 5 (Ti-6Al-4V) zu den in der Luftfahrtindustrie am häufigsten verwendeten Titanlegierungen, die Aluminium und Vanadium enthält und durch ihre hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit hervorsticht.

Die Wahl des Grades hängt von den Anforderungen an Festigkeit, Gewicht und Korrosionsbeständigkeit ab. Titan übertrifft Aluminium, CFK und GFK in der Zugfestigkeit, bleibt aber hinter Stahl zurück. Bei der Dichte ist jedoch keine pauschale Aussage möglich. Je nach Aluminiumart nähert sich die Dichte stark der von Titan an. Bei CFK mit einem Volumen von 50 % übertrifft die Dichte jedoch sowohl Titan als auch Aluminium.

Die Herausforderungen bei der Titanbearbeitung und Lösungsansätze

Die Verarbeitung von Titan stellt Zerspanungsbetriebe vor erhebliche Herausforderungen. Hohe Festigkeit und Zähigkeit führen zu höheren Schnittkräften und Temperaturen und damit zu erhöhtem Werkzeugverschleiß. Verschärft wird das Problem durch die geringe Wärmeleitfähigkeit von Titan, da die entstehende Wärme nicht effektiv in den Span, sondern hauptsächlich in das Werkzeug abgeleitet wird. Während bei Stahl etwa 80 % der Hitze in den Span abfließen, sind es bei Titan lediglich 20 %. Hinzu kommt die starke Reaktivität mit Sauerstoff, die bei hohen Temperaturen einen erhöhten Werkzeugverschleiß durch Diffusion verursacht. Somit sind Hitze und Reibung die zentralen Herausforderungen bei der Bearbeitung von Titan.

Doch wie lassen sich diese Herausforderungen bewältigen? Einer der effektivsten Maßnahmen zur Minimierung von Wärme und Werkzeugverschleiß ist das Vermeiden hoher Schnittgeschwindigkeiten. Spezielle VHM-Werkzeuge mit scharfen Schneiden sorgen für sauberes Schneiden und verhindern Brüche. Eine Ungleichteilung der Werkzeuge trägt dazu bei, Vibrationen zu minimieren und die Standzeit zu verlängern, indem sie eine gleichmäßigere Abnutzung der Schneiden fördert. Darüber hinaus sorgt sie für eine bessere Spanabfuhr und optimierte Schnittkräfte. Durch die richtige Abstimmung von Hartmetall-Substrat und Beschichtung werden Wärmebeständigkeit und Gleiteigenschaften des Werkzeugs optimiert. Auch die Verwendung spezieller Kühlmittel und eine optimale Innenkühlung der Werkzeuge sind entscheidend für die Verbesserung der Prozessstabilität.

Maschine unser live Titanbearbeitung

Unsere Lösung: Das neue HAM-Titanprogramm

Unsere HAM-Standard-Werkzeuge sind auf den „nassen“ Einsatz optimiert und profitieren von einer strömungsoptimierten Bauweise, die durch die größere MMS-Schaftfase und eine runde MMS-Kühlkanalverbindung realisiert wird. Reduzierte Führungsfasen tragen zur Senkung der Temperatur bei, während eine erhöhte Verjüngung die Reibung minimiert, da weniger Schneidfläche am Werkstück „reibt“. Ergänzt wird dies durch unsere innovative HSF (Hybrid Surface Finish) Oberflächentechnik, die eine glatte Oberfläche garantiert und dadurch die Reibung bei der Titanbearbeitung weiter senkt.

40-3011: Unser 5-Schneider zum Trochoidalfräsen

Der HAM 40-3011 bietet höchste Effizienz dank interner Kühlmittelzufuhr und einer speziellen Beschichtung, die ihn besonders für die die Titanbearbeitungen prädestiniert. Er verfügt über 5 Zähne und ist in Durchmessern von 6 bis 20 mm erhältlich.

iMachining Ø 20 | Aufmaß 0,2mm | Emulsion | Bearbeitungsparameter schruppen / schlichten

  • ap / ae = 38 / 0,18-0,81 | 38 / 0,2
  • n = 2.045 rpm | 1.115 rpm
  • Vc = 180 m/min | 70 m/min
  • fz = 0,24 mm/z | 0,06 mm/z
  • Vf = 2.410 mm/min | 360 mm/min

iMachining Ø 12 | Aufmaß 0,2mm | Emulsion | Bearbeitungsparameter schruppen

  • ap / ae = 23 / 0,11-0,48
  • n = 3.200 rpm
  • Vc = 122 m/min
  • fz = 0,12 mm/z
  • Vf = 1.910 mm/min
40-3001: Unser 3-Schneider für Vollnuten bis zu 1,5xD 

Unser HAM 40-3001 zeichnet sich durch eine interne Kühlmittelzufuhr, 3 Zähne und Durchmesser von 6 bis 20 mm aus. Dank einer speziellen Beschichtung ist er optimal für die Bearbeitung von Titan geeignet und bietet eine hohe Verschleißfestigkeit bei anspruchsvollen Anwendungen.

Nut 1xD Ø 10 ­| Aufmaß 0,00 mm | MMS | Bearbeitungsparameter schruppen / schlichten

  • ap / ae = 10 / 10 | 10 / 0,2
  • n = 1.600 rpm | 2.550 rpm
  • Vc = 50 m/min | 80 m/min
  • fz = 0,05 mm/z | 0,08 mm/z
  • Vf = 240 mm/min | 610 mm/min

Nut 1,5xD Ø 10 ­| Aufmaß 0,00 mm | MMS | Bearbeitungsparameter schruppen / schlichten

  • ap / ae = 15 / 10 | 15 / 0,1
  • n = 1.600 rpm | 2.550 rpm
  • Vc = 50 m/min | 80 m/min
  • fz = 0,025 mm/z | 0,08 mm/z
  • Vf = 120 mm/min | 610 mm/min
HAM Titandrill: Unser prozesssicherer 3xD-Kernlochbohrer mit Innenkühlung

Dieses Werkzeug vereint einen 30° Spiralwinkel mit 2 Zähnen und bietet damit eine hohe Leistungsfähigkeit. Verfügbar in 3xD und 5xD, ist es mit einer speziellen Spankammergeometrie ausgestattet, um eine verbesserte Spanabfuhr zu gewährleisten.

Kernloch Ø 6,8 | Aufmaß 0,00 mm | MMS | Bearbeitungsparameter schruppen / schlichten

  • ap = 20
  • n = 1.640 rpm
  • Vc = 36 m/min
  • f = 0,05 mm/U
  • Vf = 164 mm/min

Kernloch Reibung Ø 7,8 | Aufmaß 0,00 mm | MMS | Bearbeitungsparameter schruppen / schlichten

  • ap = 20
  • n = 1.500 rpm
  • Vc = 36 m/min
  • f = 0,05 mm/U
  • Vf = 150 mm/min

Vorteile unseres HAM-Titanprogramms

Unsere innovativen Werkzeug-Geometrien mit zentraler Innenkühlung sorgen für maximale Performance und eine effiziente Wärmeabfuhr, um selbst bei anspruchsvollen Bearbeitungsprozessen maximale Effizienz zu erreichen. Dank der hohen Laufruhe und der vibrationsarmen Bearbeitung wird eine präzise und zuverlässige Zerspanung erreicht, wodurch die Bearbeitungsqualität erheblich verbessert wird. Mit unserer neu entwickelten Verschleißschutzbeschichtung für Titan und dem einzigartigen Hybrid Surface Finish (HSF) wird nicht nur eine definierte Präparation der Schneide, sondern auch eine extrem glatte Oberfläche erreicht. Die hitzebeständige Oberflächenbeschichtung widersteht Temperaturen bis über 1000 °C. Außerdem wird unter bestimmten Bedingungen die Verwendung in MMS-Prozessen (Minimalmengenschmierung) ermöglicht, was die Nachhaltigkeit und Prozesssicherheit weiter steigert.

Unser Luftfahrt-Formteil nach der Titanbearbeitung

Ausblick in die Zukunft von Titan in der modernen Fertigung

Die Eigenschaften von Titan – hohe Festigkeit, geringes Gewicht und exzellente Korrosionsbeständigkeit – machen es zu einem der gefragtesten Materialien in der Fertigung. Die Luftfahrt, der Automobilbau und die Medizintechnik haben das Potenzial von Titan längst erkannt. Der hohe Aufwand bei der Bearbeitung hat Titan jedoch bisher von einem breiten Einsatz in der Massenproduktion abgehalten. Mit fortschrittlichen Zerspanungstechniken und der richtigen Werkzeugauswahl könnten diese Hürden jedoch bald überwunden werden. Kein Wunder also, dass Experten ein Wachstum um 20 Prozent des Gesamtanteils von Titanlegierungen in den nächsten Jahren erwarten. Branchen wie die Luft- und Raumfahrt, die E-Mobilität sowie die Elektronik zeigen starkes Wachstumspotenzial für den Einsatz von Titan. Mit effizienteren Zerspanungstechniken und einer gezielten Produktionsstrategie könnte Titan schließlich Edelstahl und Aluminium in vielen Anwendungen verdrängen und eine neue Ära in der Fertigung einläuten.

Live-Zerspanung eines Luftfahrt-Formteils (150 x 110 x 50 mm) in Titan Grade 5 (Ti6Al4V; 3.7164) komplett nur mit MMS im Rahmen unseres Workshops “Der Schwäbische Titan” am 16.10.2024