Top-Tipps zum Fräsen von Titan, die jeder Maschinist kennen sollte

Titan ist schwer zu bearbeiten, aber mit den richtigen Fähigkeiten ist es machbar. Seine außergewöhnliche Festigkeit bei hohen Temperaturen stellt eine Herausforderung für Maschinenbauer dar. Maschinisten sollten diese wesentlichen Methoden zum Fräsen von Titan beherrschen.

1. Wählen Sie ein geeignetes Werkzeug zum Fräsen von Titan

Der wichtigste Schritt ist die Wahl geeigneter Schneidwerkzeuge für Titan. Die Härte von Titan nimmt mit steigender Temperatur schnell zu und es neigt dazu, an den Schneidkanten zu haften. Standard-Werkzeugmaterialien werden schnell beschädigt.

Stattdessen eignen sich Hartmetallfräser mit exklusiven Beschichtungen. Suchen Sie nach Werkzeugen mit mehr Schneidkanten für einen schnellen Materialabtrag. Schaftfräser mit variabler Helix und fünf oder mehr Schneiden eignen sich am besten.

Spezielle Werkzeugbeschichtungen wie Titanaluminiumnitrid tragen dazu bei, die Temperaturen an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Werkstück zu senken und die Wärme schnell abzuleiten.

Sie erhöhen die Standzeit im Vergleich zu unbeschichteten Werkzeugen deutlich. Investieren Sie bei der regelmäßigen Bearbeitung von Titan in hochwertige beschichtete Werkzeuge, um weniger Probleme zu haben.

Fräswerkzeugsystem

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2. Kennen Sie Faktoren, die Titan schwierig zu machen Mühle/Maschine

Es gibt sechs Hauptgründe, warum das Schruppfräsen von Titan 6al4v nicht einfach ist:

  • Wärmeentwicklung: Als Wärmeisolator wird die beim Schneiden entstehende Wärme nicht schnell abgeleitet. Es führt zu einer schnellen Kaltverfestigung und einem Werkzeugverschleiß.
  • Kaltverfestigung: Das Material wird bei steigenden Temperaturen deutlich fester, was die Standzeit des Werkzeugs verkürzt.
  • Chemische Reaktivität: Titan geht mit vielen Elementen starke Bindungen ein, was zu Haftungs-/Schweißproblemen führt.
  • Festigkeit: Auch bei Raumtemperatur weist es eine hohe Festigkeit auf, was größere Schnittkräfte erfordert.
  • Dichte: Seine geringere Dichte erfordert niedrigere Schnittparameter als andere Metalle.
  • Bearbeitbarkeit: Aufgrund der oben genannten Faktoren ist die Bearbeitbarkeit schlechter als bei Weichstahl. Es müssen sorgfältige Techniken befolgt werden.

3. Berücksichtigen Sie Fräsgeschwindigkeit und Vorschub

Der optimalen Einstellung von Geschwindigkeit und Vorschub muss ausreichend Aufmerksamkeit geschenkt werden. Im Allgemeinen sollte man mit höheren Spindelgeschwindigkeiten arbeiten, normalerweise 3000–5000 U/min, um die Wärmeentwicklung zu verringern.

Schneiden Sie bescheidene radiale Eingriffstiefen, etwa 5–15 % des Werkzeugdurchmessers, indem Sie leichte aufeinanderfolgende Durchgänge anstelle eines aggressiven Arbeitsgangs durchführen.

Beginnen Sie mit konservativen Spanlasten von etwa 0,001 bis 0,003 Zoll pro Umdrehung und erhöhen Sie diese schrittweise, während Sie die Ergebnisse sorgfältig prüfen.

Führen Sie Testschnitte durch, um den idealen „Sweet Spot“ Ihrer Maschinen-Material-Werkzeug-Kombination für maximale Werkzeugstandzeit ohne nachteilige Auswirkungen zu ermitteln. Passen Sie Geschwindigkeiten und Vorschübe von einem Startpunkt von 150–300 SFM bzw. 0,025–0,075 mm/Umdrehung an.

4. Verwenden Sie geeignetes Kühlmittel, um einen Hitzestau zu verhindern

Wie bereits erwähnt, ist Hitze der größte Feind des Titanschleifens, während Kühlmittel sein bester Freund ist. Fluten Sie den Arbeitsbereich mit einem wasserlöslichen Kühlmittel, am besten in einer Konzentration von 10 % statt der üblichen 6 % für Stahl.

Verwenden Sie starke Kühlmittelvernebler, -düsen oder -zerstäuber und stellen Sie sicher, dass ausreichend Druck in der Kühlmittelleitung vorhanden ist, um durch die Schnittflächen zu gelangen.

Behalten Sie die Temperaturen genau im Auge und handeln Sie schnell, wenn sie ansteigen, indem Sie beispielsweise mehr Kühlmittel hinzufügen oder die Maschinen und Vorschübe verlangsamen.

Um erfolgreich zu sein, muss dieses Metall über konstante, große Kühlmittelmengen verfügen, um die Schneidtemperaturen niedrig zu halten. Sparen Sie beim Schleifen von Titan nicht an der Kühlung.

5. Erwägen Sie die Verwendung von Schaftfräsern mit variabler Helix

Bei der Arbeit mit Titan sind Werkzeuge mit variabler Helix hilfreich, da sie reibungslos und ohne Lärm oder Vibrationen schneiden können. Sie tragen dazu bei, den Schnittdruck zu verteilen, sodass er nicht nur in eine Richtung verläuft. Da die Spanlast entlang der Spannuten konstant gehalten wird, ermöglicht die Form des Fräsers eine langsame Entfernung kleiner Spanstärken.

Um Material schneller loszuwerden, suchen Sie nach Schaftfräsern mit variabler Spirale und vier oder mehr präzisen Schneidkanten. Tools mit vielen verschiedenen Funktionen garantieren eine stabile Leistung.

6. Verwenden Sie Peck Bohren und Ramping-Techniken

Diese Methoden werden empfohlen, um zu verhindern, dass die Arbeit zu kompliziert wird und die Werkzeuge kaputt gehen. Beim Tiefbohren ziehen Sie einen Teil des Bohrers zurück, und beim Rampenbohren senken Sie das Werkzeug langsam in das Loch ab. Bei beiden Methoden fallen die Späne gelegentlich heraus, anstatt dass sie sich durch den konstanten Schneiddruck in den Spannuten festsetzen und verschweißen.

Seien Sie vorsichtig, wenn Sie mit mäßiger Geschwindigkeit bohren oder rampenförmig vorgehen, und führen Sie den Vorschub für gratfreie Bohrungen durch. Atmen Sie beim Schneiden von Titan tief durch. Zu schnelles Laufen verursacht nur Probleme.

7. Befestigen Sie Titanium ordnungsgemäß auf der Werkbank, um Vibrationen zu vermeiden

Titan ist sowohl leicht als auch stark, daher ist es wichtig, die Werkstücke fest einzuspannen, um glatte Oberflächen zu erhalten, die durch Vibrationen nicht beschädigt werden.

Verwenden Sie mehr als eine Befestigungsklemme, um gleichmäßigen Druck auf eine große Kontaktfläche auszuüben. Ziehen Sie das Teil nicht zu fest an, da Sie es sonst versehentlich verbiegen könnten. Wählen Sie Beschläge mit möglichst kurzen, starren Klemmlängen, um die Wahrscheinlichkeit einer Verformung zu verringern. Sie sollten über doppelseitiges Schneiden nachdenken, damit beide Seiten des Werkstücks weniger wackeln. Wählen Sie beim Fräsen von Titan Ti6Al4V robuste Werkzeugmaschinen mit hoher radialer und axialer Steifigkeit.

8. Erwägen Sie das Hochgeschwindigkeitsfräsen von Titan

Das Fräsen mit hoher Drehzahl, etwa 20.000 oder mehr, eignet sich gut für Titan, da es verhindert, dass das Material zu heiß wird. Wenn Sie schneller schneiden, sind die Späne dünner und bleiben nicht lange genug auf der Oberfläche des Werkzeugs, um viel Wärme zu übertragen.

Außerdem halten Schneidkanten mit weniger Kraft und Kontakt länger. Standardwerkzeuge können im Bereich von 12.000 bis 15.000 U/min gut funktionieren, aber die Verwendung von Hochgeschwindigkeitsbearbeitungszentren, die speziell für Titan entwickelt wurden, führt zu besseren Ergebnissen. Streben Sie die schnellsten Schnittgeschwindigkeiten an, die weder Lärm noch Schäden an Werkzeugen oder Teilen verursachen.

Bildnachweis des Fräsvorgangs Kundenspezifisches Teilenetz

Bildnachweis des Fräsvorgangs Kundenspezifisches Teilenetz

9. Erwägen Sie den radialen Eingriff

Eine radiale Schnitttiefe oder ein Werkzeugkontakt von etwa 5 bis 15 Prozent ist eine gute Idee. Kanten brechen aufgrund des starken Drucks, der durch steiles radiales Eintauchen entsteht. Durch mehrere Durchgänge können Zieltiefen mit weniger thermischer und mechanischer Belastung der Werkzeuge erreicht werden, wenn sie nur mit geringeren Spanlasten in Eingriff gebracht werden.

Durch diese Methode wird auch die Oberfläche glatter. Wenn Sie mit der Bearbeitung von Titan beginnen, beginnen Sie mit wenig Aufwand und steigern Sie diesen langsam, je nachdem, wie Ihre Werkzeuge und Ihr Material reagieren. Halten Sie frühzeitig Ausschau nach Anzeichen wie schnellen Veränderungen der Oberflächenqualität oder der Werkzeugstandzeit, die nicht verwendet werden kann.

10. Beachten Sie die Bildung von dicken bis dünnen Spänen

Beim Gleichlauffräsen dreht sich der Fräser in die gleiche Richtung wie der Vorschub. Dies ist eine gute Möglichkeit, lange, dünne Späne vom Objekt abzutrennen. Andererseits werden beim herkömmlichen Fräsen dicke Späne bewegt, die zwischen dem Werkzeug und dem Metall stecken bleiben, was die Hitze und Reibung erhöht.

Wenn Sie können, lassen Sie die Steigfräse mehr als einmal laufen, um schneller durch die robustere Titanschicht zu gelangen, die sich beim Schleifen auf der Oberfläche bildet. Denken Sie daran, dass kleine Unterschiede bei diesem Metall einen großen Unterschied machen können; Die Beachtung dieses Spanbildungstipps wird sich deutlich auszahlen.

11. Achten Sie auf den Innenbogen und die Fase

Das richtige Ansetzen von Löchern/Schlitzen, um einen stumpfen Werkzeugaufprall zu vermeiden, erleichtert die Titanbearbeitung erheblich. Anstatt den Bohrer/Schaftfräser abrupt an der Metallkante anzuhalten, senken Sie ihn schrittweise in einem Bogen ab. Fasen Sie die Kanten ebenfalls an, bevor Sie Innenräume bohren.

Diese Eintrittstechniken übertragen hohe Schnittkräfte und Drücke reibungslos auf die Werkzeugkanten, ohne dass plötzliche Belastungen zu Kaltverfestigungen oder Brüchen führen. Das Anbringen sanfter Bogeneinschnitte und Fasen erfordert mehr Zeit, zahlt sich jedoch durch geringere Werkzeugschäden aus.

12. Werkzeugverschleiß und Durchbiegung

Selbst erstklassige Vollhartmetallwerkzeuge verschleißen schnell und verbiegen sich beim CNC-Fräsen von Titanpulver bei hohen Schnitttemperaturen und Belastungen. Überprüfen Sie die Werkzeuge häufig bei geringerer Vergrößerung, um winzige Risse oder Rundungen frühzeitig zu erkennen.

Überprüfen Sie außerdem, ob bei der Bearbeitung großer Tiefen oder Breiten eine übermäßige Durchbiegung vorliegt. Ersetzen Sie abgenutzte Fräser oder wenden Sie sofort nach hinten konische Designs an, um eine hervorragende Oberflächengüte, Genauigkeit und Werkzeuglebensdauer zu gewährleisten. Die frühzeitige Erkennung und Wartung von Werkzeugen sorgt langfristig für eine höhere Produktivität.

13. Holen Sie immer den Rat von Experten ein

Wenden Sie sich an erfahrene Titan-Schneider, wenn Sie technische Probleme haben. Beschreiben Sie Ihr Material, die gewünschten Toleranzen, Produktionsmengen und Budgets, um individuelle Empfehlungen zu erhalten.

Bediener, die sich mit der Bearbeitung reaktiver Metalle auskennen, erkennen Strategien, die für Neulinge normalerweise nicht offensichtlicher sein müssen. Wertvolle Tipps decken jeden Aspekt ab, von idealen Geschwindigkeiten/Vorschüben bis hin zu Werkzeuggeometrien, die diese Legierung am besten verarbeiten.

Darüber hinaus unterstützen Vertreter von Premium-Schneidwerkzeugherstellern umfassend mit vielseitigen, kostengünstigen Lösungen für perfekt zugeschnittene Anforderungen. Lagern Sie das Fräsen von Titan zunächst an Spezialisten aus, bis Sie über ausreichende Fachkenntnisse verfügen.

Abschluss

Das Fräsen kann selbst bei den härtesten Titanlegierungen schnell und präzise durchgeführt werden, wenn die Geschwindigkeits- und Werkzeugauswahltipps dieses Artikels sorgfältig beachtet werden. Versuchen Sie immer, die Arbeit nicht zu anstrengend zu machen, indem Sie die Hitze mit den richtigen Einstellungen und viel Kühlmittel schnell abführen.

Halten Sie die Klemmen fest, damit der Schnitt nicht klappert, und achten Sie auf die Stabilität des Werkzeugs. Wenn Sie sich Tipps von Maschinisten mit viel Fachwissen holen, können Sie viele Probleme von Anfang an vermeiden. Nutzen Sie das, was Sie daraus gelernt haben, um Ihren Titanbearbeitungsprojekten einen reibungslosen Ablauf zu ermöglichen.

Mehr Ressourcen::

Fräsmaschinen – Quellen: TSINFA

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Was ist Fräsen? – Quelle: XOMETRY

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Gleichlauffräsen vs. Konvektionsfräsen – Quelle: TSINFA

Titan – Quelle: WIKIPEDIA