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maschine+werkzeug 06/2018

Spanleistung bei Titan verdoppelt

Werkzeuge

Schwerzerspanung - Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Projekt ›Schwer-Span‹ erhöhte das Zeitspanvolumen bei Titan und Ni-Legierungen um 100 Prozent. Horn-Werkzeuge trugen zum Erfolg bei.

Um beim Hochleistungsfräsen schwer zerspanbarer Werkstoffe den hohen Werkzeugverschleiß zu reduzieren, werden üblicherweise die Schnittparameter gesenkt. Dadurch sinkt aber das Zeitspanvolumen. Auf dem Weg zum Forschungsziel ›100 Prozent höheres Zeitspanvolumen‹ wurde deshalb der Werkstoff während der Zerspanung von einem Induktor erwärmt und dadurch entfestigt. Dem damit verbundenen höheren Wärmeeintrag in die Wendeschneidplatte begegneten die Experten mit kryogener Kühlung.

  • Die Versuchswerkzeuge: (von links) Tangential-Schaftfräser M409, VHM-Gesenkfräser, zwei VHM-Schaftfräser. Bild: Horn

    Die Versuchswerkzeuge: (von links) Tangential-Schaftfräser M409, VHM-Gesenkfräser, zwei VHM-Schaftfräser. Bild: Horn

  • Die Versuchsanordnung schematisch dargestellt. Bild: Horn

    Die Versuchsanordnung schematisch dargestellt. Bild: Horn

  • Beim Einsatz des Induktors glüht das Material. Bild: Horn

    Beim Einsatz des Induktors glüht das Material. Bild: Horn

  • Ein neuer Fräser erzeugt bei Versuchsbeginn Späne mit glatter Scherkante. Bild: Horn

    Ein neuer Fräser erzeugt bei Versuchsbeginn Späne mit glatter Scherkante. Bild: Horn

  • Zum Standzeitende des Fräsers fransen die Scherkanten der Späne aus. Bild: Horn

    Zum Standzeitende des Fräsers fransen die Scherkanten der Späne aus. Bild: Horn

  • In der Nahaufnahme zeigen sich deutliche Ausbrüche an den Schneidkanten des verbrauchten Fräsers. Bild: Horn

    In der Nahaufnahme zeigen sich deutliche Ausbrüche an den Schneidkanten des verbrauchten Fräsers. Bild: Horn

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Sie reduziert die mechanische Belastung an der Schneide und verlängert dadurch die Einsatzzeit des Werkzeugs. Als Folge konnten die Technologieparameter erhöht und somit die Produktivität gesteigert werden. Ein Schwerpunkt des Forschungsvorhabens galt der Auslegung des induktiven Prozessverfahrens und der kryogenen Kühlung des Werkzeugs. Die Auswirkungen der induktiven Erwärmung und der kryogenen Kühlung auf die Wirkzone wurden in Form von Verschleißanalysen an den eingesetzten Schneidstoffen untersucht.

Bei der Werkstoffentfestigung erwärmt ein Induktor das Werkstück. Damit bietet sich – im Gegensatz zu der laserinduzierten Werkstoffentfestigung – die Möglichkeit, die Wärme flächig und in die Werkstücktiefe einzubringen. Deshalb empfiehlt sich diese Art der Erwärmung für Fräsanwendungen. Im Projekt Schwer-Span wählten die Tester eine Wirktiefe des Induktors von 6 Millimetern.

Nach den Werkstoffkennwerten der Stahlhersteller weist Ti6Al4V bei etwa 100 Grad Celsius eine spezifische Zugfestigkeit von 200 MPa auf. Verfolgt man die Fließkurve des Werkstoffs bis zu einer Temperatur von 500 Grad Celsius, so reduziert sich die spezifische Zugfestigkeit auf etwa 125 MPa. Für die Temperatur in der Zerspanzone wurde deshalb ein Grenzbereich von 150 Grad Celsius bis 200 Grad Celsius festgelegt und die Fräser unter Versuchsbedingungen bei 150 Grad Celsius und einer spezifischen Zugfestigkeit von 180MPa getestet.


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Paul Horn GmbH Hartmetall Werkzeugfabrik

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