Walter BLAXX M3255: Titan schnell und sicher zerspanen

Auf die Bedürfnisse der Luft- und Raumfahrtindustrie zugeschnitten: Mit dem Xpress Aerospace-Programm bietet Walter vor allem Vollhartmetall-Werkzeuge mit kundenspezifischen Abmessungen innerhalb von zwei bis maximal drei Wochen.

In der Luft- und Raumfahrtindustrie laufen die Dinge etwas anders, als in den meisten anderen Branchen. Das Gewicht spielt eine entscheidende Rolle, jedes Gramm weniger zählt. Das Produktgewicht entscheidet letztlich über die Wirtschaftlichkeit viel mehr, als Teile- und Komponentenpreise. Kein Wunder, dass sich gerade in dieser Branche der Werkstoff Titan großer und weiter steigender Beliebtheit erfreut. Das gilt besonders für Strukturbauteile, bei denen es auch auf hohe Festigkeit ankommt. Typisch sind Tür und Türrahmenumgebung, Landebeinträger, Fahrwerksverstrebungen oder Landeklappenführungen. Titan ist zudem korrosions- und temperaturbeständig.

Doch vor allem die Hersteller von Flugzeugen für die zivile Luftfahrt sehen sich mehr und mehr den Zwängen eines Serienherstellers unterworfen wie sie zum Beispiel aus der Automobilindustrie bekannt sind. Bisher haben sich vor allem Boeing, Airbus und mit Abstrichen Bombardier den Markt geteilt. Inzwischen stehen neue Wettbewerber aus China und Russland kurz vor dem Markteintritt. Damit steigt der Zwang zu einer möglichst kostengünstigen Fertigung. „Hierzu leistet Walter mit dem Xpress Aerospace-Programm einen wichtigen Beitrag", weiß Dirk Masur, Component-Manager Aerospace bei Walter.

Ermöglicht Hochleistungsfräsen in Titan und Titanlegierungen mit bis zu 60 m/min und 130 Minuten Standzeit: der Walter BLAXX Igel-Fräser M3255 Z5, bestückt mit Wendeschneidplatten vom Typ WSM45X mit neuer CVD-Dünnschichtbeschichtung.

Weiterentwicklung der Werkzeugsysteme

Die Schwierigkeit: Titan ist schwerer zu bearbeiten als das bislang meist eingesetzte Aluminium. Seine hohe chemische Reaktivität führt beim Zerspanen zu einem Verschweißen der Späne an der Schneidkante. Die schlechte Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffs lässt die Temperaturen an der Schneide stark ansteigen. Die entstehenden Späne sind meist sehr zäh und abrasiv. Der geringe Elastizitätsmodul führt leicht zur Auslenkung des Werkstücks. Zusammen mit einer Materialverfestigung in der Randzone reduziert das selbst bei geringen Schnittgeschwindigkeiten die Werkzeugstandzeiten.

Die Werkzeugkosten hängen außerdem stark von den Anforderungen an das Bauteil und das Material ab, sowie auch vom Prozess. Mit abnehmender Wandstärke können die Teile sehr labil werden, daher liegt ein wichtiger Fokus auf der Stabilität der Maschine und der Aufspannung. Großen Einfluss auf die Standzeit der Werkzeuge hat zudem eine passende Kühlmittelstrategie. Walter entwickelt laut Masur die Werkzeugsysteme kontinuierlich weiter – mit dem Ziel, die Bearbeitungszeiten zu verkürzen. „Hartmetallsubstrate, neue Beschichtungstechnologien oder Makro- und Mikrogeometrien der Schneidwerkzeuge spielen dabei eine wichtige Rolle", so der Experte für die Titanzerspanung bei Walter. Aber auch die Bearbeitungsstrategie lässt sich in Zusammenarbeit mit CAD/CAM-Spezialisten optimieren.

Das alles ermöglicht heute das Hochleistungsfräsen (HPC) und ein dynamisches Hochvorschubfräsen (HDC) beim Schlichten und Schruppen von Titan. „So lassen sich beim dynamischen Fräsen mit dem Walter Prototyp Ti38 Z6-10 und neuartiger Beschichtung Schnittgeschwindigkeiten bis zu 140 m/min erreichen. Durch Vielzahnlösungen mit bis zu zehn Zähnen kann zudem der Vorschub um bis zu 50 Prozent bei geringerer Eingriffsbreite erhöht werden. Unterm Strich erreichen diese VHM-Werkzeuglösungen eine Steigerung des Zeitspanvolumens um bis zu 50 Prozent gegenüber konventionellen Lösungen", zeigt Masur auf.

Walter versteht sich als digitaler Prozesspartner. Wir entwickeln daher Werkzeuge immer stärker anwendungsbezogen im Sinne von „Components Solutions“, begleiten unsere Kunden und bieten über den gesamten Prozess hinweg Werkzeuge, Lösungen und Services. Dirk Masur ist Component-Manager Aerospace und Spezialist für die Titanzerspanung bei Walter.

Beschichtung entscheidet über Standzeit

Ein Beispiel für neu entwickelte Substrat- und Beschichtungstechnologien ist die Beschichtung auf PVD-Basis für Vollhartmetall-Werkzeuge der Walter Prototyp Ti-Familie. „Diese Beschichtung steigert die Standzeit gegenüber der herkömmlichen ANC-Beschichtung (Aluminium-Chromnitrid) um bis zu 100 Prozent und mehr", so Masur. Damit konnte bei einem Fensterrahmen aus Titan 3.7164 mit einer Zugfestigkeit von 1.250 N/mm² beim Semischlichten und Schlichten mit einem Prototyp HPC Ti40 die Standzeit von 175 Minuten um 154 Prozent auf 444 Minuten gesteigert werden. Mit einem Prototyp HDC Ti38 L zum Schlichten der Außenkontur verlängerte sich die Lebenszeit um 116 Prozent. Die Geschwindigkeit ließ sich um 25 Prozent und das Zerspanungsvolumen pro Minute um 23 Prozent erhöhen.

Neu ist auch eine CVD-Beschichtungstechnologie für den Wendeschneidplatten-Schneidstoff WSM45X, wie sie zum Beispiel für den Igelfräser Walter BLAXX M3255 eingesetzt werden. Die Beschichtung fungiert als Hitzeschutzschild. „Das ermöglicht hohe Schnittgeschwindigkeiten bis zu 65 m/min und längere Werkzeugstandzeiten bis zu 130 Minuten", erklärt der Titan-Experte. So lässt sich bei einem für Strukturbauteile aus Titan typischen Mix aus Vollnuten und Gleichlauffräsen und einer Schnittgeschwindigkeit von 45 m/min sowie einem Vorschub von 0,12 mm die Standzeit verdoppeln. Beim Schlichtfräsen wird auch mit PKD-Schneiden gearbeitet, die zu den härtesten bekannten Werkstoffen zählen.

Hierbei müsse allerdings auf eine entsprechende Kühlmittelstrategie geachtet werden, um die Bearbeitungstemperatur an der Schneide unter 600 °C zu halten. Generell haben der Kühlschmierstoff und die Anreicherung des Kühlmediums großen Einfluss, vor allem auf die Standzeit. Das wichtigste ist, dass Kühlmedium möglichst direkt in die Wirkzone zu führen. Dafür sorgen spezielle Kühlkanäle in den Werkzeugen. Eine Hochdruckkühlung mit bis zu 70 bar ist bei neuen Werkzeugmaschinen Stand der Technik. Noch weiter gehen spezielle Werkzeuglösungen für die kryogene Zerspanung, die mit flüssigem Kohlendioxid oder dem noch kälteren Stickstoff arbeiten.

Neu im Produktportfolio für die Titanzerspanung von Walter: der Walter Prototyp Ti38 und Ti40 Z5 für HPC/HDC-Anwendungen. Die Fräser eignen sich für das dynamische Fräsen sowie Semischlicht- und Schlicht-Operationen. Der Ti40 kann darüber hinaus auch für das Schruppen eingesetzt werden.

Vom Werkzeuglieferanten zum Technologiepartner

Walter versteht sich klar als digitaler Prozesspartner und entwickelt daher Werkzeuge immer stärker anwendungsbezogen im Sinne von „Components Solutions“. Dafür bedarf es eines ganzen Teams von Spezialisten. „Die entsprechende CAD/CAM-Kompetenz ist eine wesentliche Voraussetzung, um die Prozesse ganzheitlich auszuwerten. Wir begleiten unsere Kunden und bieten über den gesamten Prozess hinweg Werkzeuge, Lösungen und Services", betont Dirk Masur.

Im Hinblick auf diese Entwicklung hat Walter schon vor längerer Zeit gemeinsam mit dem Advanced Manufacturing Research Centre der Universität Sheffield das Projekt „Component Solutions“ ins Leben gerufen. Im Rahmen des Projekts wurden spezielle Bearbeitungsstrategien mit den in der Luft- und Raumfahrt gängigen CAM-Programmen für sämtliche bei Strukturbauteilen vorkommenden Taschenformen entwickelt. Dieser „Werkzeugkasten“ ermöglicht es, anhand des 3D-Modells eines Kundenbauteils schnell und effizient den geeigneten Bearbeitungsprozess abzuleiten.

Höchste Qualität in kürzester Zeit

„Gut Ding will Weile haben“ gilt heute nicht mehr. Selbst High-Performance-Werkzeuge mit kundenspezifischen Sonderabmessungen unterliegen einem immensen Zeitdruck. Seit Anfang des Jahres bietet Walter deshalb seinen schon seit Jahren etablierten Service Walter Xpress auch speziell für den Aerospace-Bereich an. „Die Xpress-Werkzeuglösungen sind innerhalb von zwei bis maximal drei Wochen lieferbar. Schnelligkeit beginnt schon beim Bestellprozess", ist sich Masur sicher. Über die Softwarelösung my.Walter kann der Kunde selbst oder gemeinsam mit einem geschulten Außendienstmitarbeiter das Werkzeug online gestalten. „Mit 'Walter Online Xpress' bekommt der Kunde nach maximal einer Stunde per E-Mail ein verbindliches Angebot inklusive 2D-Zeichnung und 3D-Modell. Die Bestellung selbst, oft ein Engpass in den Unternehmen, lässt sich mithilfe des Toolmanagements von Walter ebenfalls deutlich beschleunigen", so Dirk Masur abschließend.