Hinweise zur spanabhebenden Bearbeitung von Titan und Titanlegierungen
Titan und Titanlegierungen lassen sich ähnlich wie die austenitischen Stähle zerspanen.
Zu Beachten ist, dass:
Titan muss daher mit geringer Schnittgeschwindigkeit, relativ großem und gleichmäßigem Vorschub unter reichlicher Zuführung von Kühlmittel mit einem möglichst schwingungsfrei eingespannten, scharfen Werkzeug bearbeitet werden. Darüber hinaus ist zu beachten, dass eventuell harte Oberflächenschichten zu einem erhöhten Werkzeugverschleiß führen und vor der mechanischen Bearbeitung durch z. B. Strahlen und/oder Beizen entfernt werden sollten.
1. Drehen und Fräsen
Als Drehstähle kommen hochkobalthaltige Schnellarbeitsstähle, Hartmetalle oder Stellite in Frage. Bei den Hartmetallen haben sich die Wolframkarbid-Sorten mit Kobaltbindung am besten bewährt, wobei die Gruppe K20 die höchste Standzeit aufweist.
Beim Fräsen ist aufgrund der Neigung des Titans, mit dem Werkzeug zu verschweißen, das Gleichlauffräsen dem Gegenlauffräsen vorzuziehen. Dadurch wird der kommaförmige Span an der dünnsten Stelle abgetrennt und Beschädigungen des Fräsers, infolge der sich bildenden Aufbauschneiden und das Kleben der Späne, auf ein Mindestmaß reduziert.
Der Spanwinkel der Fräser sollte bei Schnellarbeitsstählen 0 - 10° und bei Hartmetallen und Stellite 0° betragen, bei einem Freiwinkel von 12°.
2. Bohren
Titan sollte bei großem Vorschub mit geringer Schnittgeschwindigkeit auf einer starren, vibrationsfreien Bohrmaschine mit starker Kühlung gebohrt werden. Bei tiefen Bohrungen sind chlorierte Schneidöle zur Reibungsverminderung zu empfehlen. Das Bohren von Hand sollte möglichst vermieden werden.
Schnellarbeitsstähle und Hartmetalle werden als Werkstoffe für Bohrer verwendet. Die Bohrer müssen unbedingt ausgespitzt werden und die Querschneide soll nicht mehr als 1,5 - 2 mm betragen. Bei Durchgangsbohrungen muss der Spitzenanschliff ca. 140° betragen, um den Durchbruchweg zu verkürzen. Der Freiwinkel sollte zwischen 10 und 15° betragen.
Ebenfalls gut geeignet sind Diamantscheiben mit Harz-Bindung, wobei Schleifscheiben mit zähen Schleifkörnern denen mit spröden Körnern vorzuziehen sind.
Bei Schleifgeschwindigkeiten von 5 - 10 m/s werden mit Aluminiumoxidscheiben die besten Ergebnisse erzielt. Siliziumkarbidscheiben können hingegen bei Schleifgeschwindigkeiten von 20 - 30 m/s eingesetzt werden.
Das Schleifen sollte mit reichlicher Kühlmittelzufuhr erfolgen. Für feine Oberflächen mit geringen Rauhtiefen sind Ölemulsionen empfehlenswert. Bei Körnungen feiner als 320 besteht die Gefahr des Verklebens der Scheibe.
Es sei darauf hingewiesen, dass Titan von einer bestimmten Partikelgröße an abwärts sehr leicht mit Sauerstoff reagiert und zu Titanoxid verbrennt. Aus diesem Grund ist bei der Behandlung und Handhabung von Titanschleifspänen eine gewisse Sorgfalt erforderlich.
3. Kühlmittel
Die gebräuchlichsten Kühlmittel zur spanabhebenden Formgebung sind Lösungen auf Wasserbasis (Rostschutzmittel oder Emulsionsöle). Folgende Kühlmittel haben sich bei der Zerspanung von Titanwerkstoffen bewährt:
Zu Beachten ist, dass:
- die Werkzeugschneide aufgrund der relativ geringen spezifischen Wärme, Wärmeleitfähigkeit und Dichte des Titans thermisch hoch belastet wird,
- Titan aufgrund seines geringen Elastizitätsmoduls dem Druck des Schneidwerkzeuges nachgibt und
- Titan dazu neigt, mit dem Werkzeug zu verschweißen.
Titan muss daher mit geringer Schnittgeschwindigkeit, relativ großem und gleichmäßigem Vorschub unter reichlicher Zuführung von Kühlmittel mit einem möglichst schwingungsfrei eingespannten, scharfen Werkzeug bearbeitet werden. Darüber hinaus ist zu beachten, dass eventuell harte Oberflächenschichten zu einem erhöhten Werkzeugverschleiß führen und vor der mechanischen Bearbeitung durch z. B. Strahlen und/oder Beizen entfernt werden sollten.
1. Drehen und Fräsen
Als Drehstähle kommen hochkobalthaltige Schnellarbeitsstähle, Hartmetalle oder Stellite in Frage. Bei den Hartmetallen haben sich die Wolframkarbid-Sorten mit Kobaltbindung am besten bewährt, wobei die Gruppe K20 die höchste Standzeit aufweist.
Beim Fräsen ist aufgrund der Neigung des Titans, mit dem Werkzeug zu verschweißen, das Gleichlauffräsen dem Gegenlauffräsen vorzuziehen. Dadurch wird der kommaförmige Span an der dünnsten Stelle abgetrennt und Beschädigungen des Fräsers, infolge der sich bildenden Aufbauschneiden und das Kleben der Späne, auf ein Mindestmaß reduziert.
Der Spanwinkel der Fräser sollte bei Schnellarbeitsstählen 0 - 10° und bei Hartmetallen und Stellite 0° betragen, bei einem Freiwinkel von 12°.
2. Bohren
Titan sollte bei großem Vorschub mit geringer Schnittgeschwindigkeit auf einer starren, vibrationsfreien Bohrmaschine mit starker Kühlung gebohrt werden. Bei tiefen Bohrungen sind chlorierte Schneidöle zur Reibungsverminderung zu empfehlen. Das Bohren von Hand sollte möglichst vermieden werden.
Schnellarbeitsstähle und Hartmetalle werden als Werkstoffe für Bohrer verwendet. Die Bohrer müssen unbedingt ausgespitzt werden und die Querschneide soll nicht mehr als 1,5 - 2 mm betragen. Bei Durchgangsbohrungen muss der Spitzenanschliff ca. 140° betragen, um den Durchbruchweg zu verkürzen. Der Freiwinkel sollte zwischen 10 und 15° betragen.
Ebenfalls gut geeignet sind Diamantscheiben mit Harz-Bindung, wobei Schleifscheiben mit zähen Schleifkörnern denen mit spröden Körnern vorzuziehen sind.
Bei Schleifgeschwindigkeiten von 5 - 10 m/s werden mit Aluminiumoxidscheiben die besten Ergebnisse erzielt. Siliziumkarbidscheiben können hingegen bei Schleifgeschwindigkeiten von 20 - 30 m/s eingesetzt werden.
Das Schleifen sollte mit reichlicher Kühlmittelzufuhr erfolgen. Für feine Oberflächen mit geringen Rauhtiefen sind Ölemulsionen empfehlenswert. Bei Körnungen feiner als 320 besteht die Gefahr des Verklebens der Scheibe.
Es sei darauf hingewiesen, dass Titan von einer bestimmten Partikelgröße an abwärts sehr leicht mit Sauerstoff reagiert und zu Titanoxid verbrennt. Aus diesem Grund ist bei der Behandlung und Handhabung von Titanschleifspänen eine gewisse Sorgfalt erforderlich.
3. Kühlmittel
Die gebräuchlichsten Kühlmittel zur spanabhebenden Formgebung sind Lösungen auf Wasserbasis (Rostschutzmittel oder Emulsionsöle). Folgende Kühlmittel haben sich bei der Zerspanung von Titanwerkstoffen bewährt:
- 5 %-ige wässrige Lösung von Natriumnitrid
- 5 - 10 %-ige wässrige Lösung von wasserlöslichem Öl
- Geschwefeltes oder chloriertes Öl - Einsatz bei geringen Schnittgeschwindigkeiten. Chlorhaltige Kühlmittel führen zu einer erhöhten Anfälligkeit zur Spannungsrisskorrosion und zur Bildung von Oberflächenrissen bei einer Erwärmung oberhalb 200 °C. Daher ist nach der Zerspanung eine Reinigung des Werkstückes durchzuführen.
- Spiritus - Einsatz bei geringer Spanabnahme und geringen Schnittgeschwindigkeiten.