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maschine+werkzeug 04/2016

Speziell für Titan und Aluminium

EXTRA

Fräsen - Um den unterschiedlichen Ansprüchen an Aluminium und Titan zu trotzen und Flugzeugteile zeit- und kosteneffizient herzustellen, unterstützt Walter seine Aerospace-Kunden mit neuen Werkzeugen und Bauteilkompetenz.

Dirk Masur, Component Manager Aerospace bei der Walter AG in Tübingen, erklärt: »Wir setzen auf ganzheitliche Lösungen. Das bedeutet, wir stimmen alle Aspekte wie Werkzeugauslegung, CAM-Programm oder Bearbeitungsstrategie nach ›Best-Practice‹-Gesichtspunkten auf die Applikation ab.« Eine Strategie, mit der auch Titan-Bauteile zeit- und kosteneffizient hergestellt werden können.

In der Flugzeugindustrie wird Titan besonders bei hochbeanspruchten Strukturbauteilen eingesetzt: Türrahmen, Landebeinträger oder Tragflügel-Befestigungen. Typisch für diese Bauteile ist ihr hohes Zerspanungsvolumen, da viele Taschen aus massiven Ausgangsformen herauszuarbeiten sind. Tiefe und weniger tiefe Taschen, Fünf-Achsen-Taschen, Dreieckstaschen – oft mit sehr dünnen Wänden oder Böden: eine enorme Herausforderung an die Fräsbearbeitung. Wendeschneidplatten- und Vollhartmetall-Fräser halten sich hierbei in etwa die Waage. Prozesssicherheit steht im Vordergrund, denn die Strukturbauteile sind extrem hochpreisig. Gleichzeitig verlangt der Kostendruck des Marktes aber hohe Zerspanungsleistungen.

Der besondere Dreh

Ein sehr gutes Beispiel für eine intelligente Bearbeitungsstrategie ist das dynamische Hochvorschubfräsen ›High Dynamic Cutting‹ (HDC). Beim dynamischen Hochvorschubfräsen bleiben die Bearbeitungsbedingungen konstant und damit auch die Kräfte an der Werkzeugschneide sowie die Prozesstemperatur. Die entsprechenden Funktionen werden durch moderne CAM-Software zur Verfügung gestellt. Die Vorteile sind mehr Leistung und höhere Prozesssicherheit.

Denn konstante Eingriffsverhältnisse erzeugen weniger Vibrationen und dadurch höhere Standzeiten bei geringerem Werkzeugverschleiß. Dies wiederum ermöglicht höhere Schnittlängen und Zeitspanvolumen. Gleichzeitig wird der Energieverbrauch an der Spindel reduziert. Der Vollhartmetall-Fräser Walter Prototyp ›Ti40‹ eignet sich hervorragend für diese Bearbeitungsstrategie.

Al-Li-Legierungen im Trend

Trotz der zunehmenden Verbreitung von Verbundwerkstoffen spielt Aluminium nach wie vor eine wichtige Rolle. So liegen gegenwärtig etwa Aluminium-Lithium-Legierungen im Trend. Al-Li-Legierungen sind leichter als andere Al-Legierungen und haben einen höheren Elastizitätsmodul – willkommene Eigenschaften für die Flugzeugindustrie. Werkstücke aus diesen Leichtgewichten ähneln häufig denen aus Titan. Hier wie dort gibt es viele Taschen und folglich große Spanmengen.

Der größte Unterschied zu Titan: Die Aluminium-Zerspanung ist eine HSC-Bearbeitung (High Speed Cutting). Vc-Werte beim Fräsen oberhalb 3.000 m/min sind keine Seltenheit. Umgekehrt führen zu niedrige Schnittgeschwindigkeiten zu Aufbauschneidenbildung und so zu schnellerem Werkzeugverschleiß. Wie bei der Ti-Bearbeitung ist auch bei Aluminium sehr viel Know-how und Bauteilkompetenz gefragt, wenn man wirtschaftliche und sichere Prozesse entwickeln will. Auch hier stehen auf die Applikation abgestimmte Komplettlösungen im Mittelpunkt, nur dass die Werkzeug- und Maschinenkonzepte für Aluminium optimiert sind.

So stellte die Walter AG jüngst einen neuen Fräser vor, einen Alu-Spezialisten, der exakt auf das Anforderungsprofil der Flugzeugindustrie zugeschnitten ist: den ›M2131-Ramping‹-Fräser mit 90°-Wendeschneidplatten. Walter fertigt den Fräserkörper mit höchster Rundlaufgenauigkeit bis 33.000 U/min, die Wendeschneidplatten verfügen über Fliehkraftsicherungen. Darüber hinaus wird der Fräser vorgewuchtet.

Maßnahmen, die garantieren, dass eine hohe Prozesssicherheit bei der HSC-Bearbeitung gewährleistet ist. Highlight des neuen Werkzeugs sind jedoch die Wendeschneidplatten der Sorte WNN15. Dabei handelt es sich um eine ganz neue PVD-Variante, hergestellt nach dem sogenannten ›HiPIMS‹-Verfahren (›High Power Impulse Magnetron Sputtering‹). Die extrem dichte und glatte PVD-Beschichtung resultiert in einer enormen Reduzierung der Reibung – und damit geringerer Aufbauschneidenbildung.

Auch der Widerstand gegen Freiflächenverschleiß sowie die Stabilität der Schneidkanten sind extrem hoch. »Feldversuche bestätigten die technologischen Vorteile der neuen Wendeschneidplatten im Vergleich zu Standardtypen«, erklärt Wolfgang Vötsch, Produktmanager Fräsen bei Walter. »Unsere Anwendungstechniker erzielten mühelos Standzeitensteigerungen bis zu 200 Prozent. Bei Al-Li-Legierungen gelang uns sogar eine Steigerung um fast 400 Prozent.«

Prozesssicherheit im Fokus

Nicht zuletzt, so Dirkt Masur, basiere die Entwicklung von produktiven und prozesssicheren Strategien bei Walter auf einer in Jahrzehnten gewachsenen Bauteilkompetenz: »Für uns ist es enorm wichtig, Teil eines weltweiten Netzwerks zu sein. Denn unser Know-how basiert auf intensiven Partnerschaften mit Fokus-Kunden, Hochschulen und Werkzeugmaschinen-Herstellern. Gemeinsam mit ihnen entwickeln wir die Bearbeitungen von Schlüsselbauteilen kontinuierlich weiter. So stellen wir sicher, dass wir technologisch stets auf dem neusten Stand sind.«

Am Ende übergeben die Tübinger Zerspanungsspezialisten ihren Kunden maßgeschneiderte Prozesse, die maximales Zeitspanvolumen ermöglichen. Zentraler Punkt ist hierbei die Abstimmung der Prozesse auf die verfügbare Maschinenbasis, um auch aus leistungsärmeren Maschinen das Maximum an Output herauszuholen. »Die Bearbeitungen werden vor der Übergabe simuliert und verifiziert«, betont Dirk Masur, »der Anwender erlebt daher auch keine bösen Überraschungen hinsichtlich Wirtschaftlichkeit oder Prozesssicherheit.«

www.walter-tools.com

  • Der Walter-Prototyp ›Ti40‹ ist der Titan-Spezialist unter den VHM-Schaftfräsern und eignet sich auch für intelligente Strategien wie das Dynamische Hochvorschubfräsen.

    Der Walter-Prototyp ›Ti40‹ ist der Titan-Spezialist unter den VHM-Schaftfräsern und eignet sich auch für intelligente Strategien wie das Dynamische Hochvorschubfräsen.

  • Die Aerospace-Experten der Walter AG demonstrierten typische Prozesse bei Strukturbauteilen mit Hilfe eines generischen Bauteils aus dem Werkstoff Ti6Al4V.

    Die Aerospace-Experten der Walter AG demonstrierten typische Prozesse bei Strukturbauteilen mit Hilfe eines generischen Bauteils aus dem Werkstoff Ti6Al4V.

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