Effiziente Titanbearbeitung mit dem Igelfräser M5250 von Walter

Die besondere Geometrie des Walter M5250 ermöglicht die Zuführung des Kühlmittels direkt am Schneideneintritt ins Material. Werkzeugstandzeit und Abtragsrate lassen sich so deutlich steigern.

Zerspanungsprozesse, gerade wenn es um die Bearbeitung anspruchsvoller Werkstoffe wie Titan geht, sind Teamarbeit. Das Potenzial einer für das Fräsen von Titanlegierungen entwickelten High-End-Maschine wie die Makino T2 lässt sich dann voll ausschöpfen, wenn mit entsprechend optimierten Zerspanungswerkzeugen und Kühlschmierstoff gearbeitet wird. Das gilt genauso umgekehrt: Der neue Igelfräser M5250 von Walter zeigt seine Bestleistung beim Schruppen von Bauteilen aus Titan auf Maschinen wie der Makino T2, die mit einem aktiven Dämpfungssystem, der starren Konstruktion und einer Hochleistungsspindel mit hohem Drehmoment sowie einem leistungsfähigen Hochdruck-Kühlmittelsystem optimale Arbeitsbedingungen für den Fräser schafft.

Die besonderen Herausforderungen bei der Zerspanung einer Fahrwerkstrebe resultieren aus dem Material: Struts werden überwiegend aus schwer zerspanbaren Titanmaterialien wie Ti5553 oder Ti10-2-3 hergestellt.

Hohe thermische Belastung

Titan und Titanlegierungen verfügen über eine geringe Wärmeleitfähigkeit, was für die zerspanende Bearbeitung eine echte Herausforderung darstellt. Während beim Zerspanen von Stahl rund 80 Prozent der entstehenden thermischen Belastung über die Späne abgeleitet wird, sind es bei Titan nur 20 Prozent. Zerspanungswerkzeug und Spindel müssen daher massiv Hitze absorbieren. An der Schneide der Wendeschneidplatte entstehen extreme Temperaturbelastungen. Ohne Gegenmaßnahmen würde die Schneide im Kontakt mit dem Werkstück extrem schnell verschleißen. Mit besonderen Schneidkantengeometrien und -beschichtungen wie mit dem Einsatz von Kühlschmiermittel versucht man, diesen unvermeidlichen Verschleißprozess zu verlangsamen und einigermaßen zu beherrschen. Um wirklich auf der sicheren Seite zu sein, was die Bearbeitungsqualität angeht, lassen viele Produktionsverantwortliche außerdem die Wendeschneidplatten auch deutlich vor dem Einsetzen tiefer Verschleißspuren auswechseln.

Die weichschneidenden Wendeschneidplatten mit WaveCut-Geometrie und die punktgenaue Zuführung des Kühlschmiermittels machen den Igelfräser M5250 zu einer idealen Lösung für die hochvolumige Titanbearbeitung – wie sie in der Luftfahrtindustrie typisch ist.

Kühlmittel und Maschine im Einklang

„Bei der Bearbeitung von Titan spielt die Kontrolle der Hitzeentwicklung an Werkzeug und Maschine eine zentrale Rolle“, erklärt Daniel Schär, Senior Segment Manager bei der Blaser Swisslube AG. „Hier kann man mit einem Kühlschmierstoff, der auf den Einsatz unter diesen besonderen Bedingungen optimiert ist, bei der Werkzeugstandzeit und dem Zeitspanvolumen richtig was bewegen. Entsprechend intensiv hat unser Entwicklungsteam an der Vision vom idealen Kühlschmierstoff gearbeitet. Mit dem Vasco Skytec H 600 sind wir da sehr nah dran.“ In Vergleichstests mit 22 Kühlschmiermitteln von Wettbewerbern und fünf eigenen Produkten, die Blaser Swisslube im hauseigenen Technologiecenter in der Schweiz durchgeführt hat, liegt das innovative Kühlschmiermittel deutlich an der Spitze.

Der Kühlschmierstoff Vasco Skytec H 600 hat einen hohen Wirkungsgrad. So lassen sich auch schon in bereits bestehenden Prozessen höhere Standzeiten für das eingesetzte Werkzeug erreichen. Andrea Biscardi, Product Manager bei der Makino Europe GmbH, erklärt, welche Effekte das neue Kühlschmiermittel auf einer Maschine wie der T2 bringt: „Eine der wichtigsten Eigenschaften der Makino T2 ist ihr leistungsstarkes Hochdruck-Kühlmittelsystem mit 7 MPa und einem Fördervolumen von 200 Litern pro Minute. Bereits mit konventionellen Kühlschmierstoffen lässt sich damit eine effektive Kühlleistung am Werkstück erzielen, der Einsatz des Vasco Skytec H 600 hebt das Niveau nochmals deutlich. Ab einem gewissen Punkt wird das Werkzeug zum begrenzenden Faktor. Setzt man jedoch speziell auf die Titanbearbeitung ausgelegte Fräser wie den Walter-Igelfräser ein, zeigt sich schnell, was möglich ist – etwa an reduzierten Maschinenlaufzeiten und deutlich gesteigerten Schnittwerten.“

Das Titanium Dream Team: Christoph Wüthrich, Anwendungstechniker bei Blaser Swisslube, Andrea Biscardi, Produktmanager bei Makino Europe, und Dirk Masur, Segmentmanager Luftfahrt bei Walter.

Innovative Schneidengeometrie

Die Zerspanung von Titan zählt seit Jahren zu den zentralen Entwicklungsfeldern bei Walter. Mit dem Blaxx-Igelfräser M3255 haben die Zerspanungsexperten aus Tübingen bereits ein bewährtes Werkzeug für die Titanbearbeitung im Portfolio. 2022 brachte Walter eine neue Generation von Wendeschneidplatten auf den Markt, deren Schneidkanten dank innovativer WaveCut-Geometrie deutliche Vorteile in Bezug auf Standzeit und Prozesssicherheit gegenüber konventionellen Lösungen bieten. „Wir arbeiten ständig daran, Kunden noch bessere Lösungen für ihre Prozesse anbieten zu können. Projekte wie diese Zusammenarbeit mit Makino und Blaser Swisslube sind dabei eine wichtige Möglichkeit, unter idealen, aber doch realen, konkreten Bedingungen neue Werkzeugkonzepte zu testen und weiterzuentwickeln. Der neue Walter Igelfräser M5250 hat davon sehr profitiert“, erklärt Dirk Masur, Segmentmanager Luftfahrt bei Walter.

Wichtigstes Ziel für Walter war es, das Zeitspanvolumen beziehungsweise die Standzeit der Wendeschneidplatten beim Schruppen von Titanbauteilen noch einmal deutlich zu steigern. Mit den WaveCut-Wendeschneidplatten liegt hier bereits ein wichtiger Baustein einer optimalen Schruppstrategie vor: Durch die Veränderung der Schneidkantengeometrie von einer geraden zu einer „gewellten” Schneide verändern sich die Kräfte, die beim Fräsen auf das Werkzeug und das Bauteil wirken. Die Schneiden treten deutlich weicher ins Material ein, wodurch weniger Vibrationen entstehen und Bearbeitungstiefen bei der Hochleistungsbearbeitung bis zu 5xD vibrationsarm möglich sind.

Optimierte Kühlung

Auch die thermische Belastung von Wendeschneidplatte, Werkzeugkörper und Spindel wird durch die WaveCut-Geometrie bereits reduziert. Eine möglichst direkte Zuführung des Kühlschmiermittels an die Schneidkante verringert die Hitzeentwicklung zusätzlich. Beim Igelfräser M5250 hat das Entwicklungsteam die sanftere Schneidwirkung der WaveCut-Schneiden gezielt genutzt, um die Stirnplatten mit jeweils zwei präzise ausgelegten Kühlkanälen zu versehen. Diese sind so konstruiert, dass sowohl die Versorgung jeder einzelnen Schneide als auch der Fluss im Bohrungsquerschnitt ideal unterstützt werden – was eine maximale Nutzung der Kühlmittelpumpenleistung und des verfügbaren Volumenstroms ermöglicht. Das Kühlmedium wirkt dabei gezielt am Schneideneintritt, entsprechend den thermischen Anforderungen. Die Stabilität des Werkzeugkörpers bleibt selbst bei schweren Schruppbearbeitungen erhalten. Gleichzeitig verbessert sich durch die optimierte Kühlung an den kritischen Zonen die Bearbeitungsstabilität deutlich.

Besonders eindrucksvoll zeigt sich das in Kombination mit dem Kühlschmierstoff Vasco Skytec H 600 von Blaser Swisslube: In einer Testbearbeitung auf einer Makino T2 – bei Schnittparametern von vc = 60 m/min, fz = 0,18 mm, vf = 218 mm/min, ap = 60 mm und ae = 10 mm – an einem Werkstück aus Titan Grad 5 (Ti6Al4V) setzte sich der Igelfräser M5250 mit Tiger·tec®-Wendeschneidplatten G55W WSM45X klar von allen anderen getesteten Kombinationen ab. Mit 110 Minuten lag die Werkzeugstandzeit pro Schneide um 162 Prozent höher als bei der Konfiguration mit anderen Kühlschmiermitteln sowie Schneidgeometrien. Das zeigt sich natürlich auch in der Abtragsrate, die bei 130,9 m³ pro Minute liegt.