Aluminium und Titan sind weit verbreitete Werkstoffe in der Flugzeugindustrie. Ihre Bearbeitung ist jedoch besonders anspruchsvoll. Unterstützung holen sich viele Aerospace Unternehmen deshalb auch von der Walter AG. Der Hersteller von Präzisionswerkzeugen verfügt über eine umfassende Bauteilkompetenz und entwickelte zahlreiche neue Werkzeugkonzepte und Sonderlösungen, die effiziente sowie prozesssichere Bearbeitungen ermöglichen.
Titan-Werkstoffe zählen zur Gruppe der schwer zu bearbeitenden Werkstoffe (ISO S), denn ihre Wärmeleitfähigkeit ist gering, die thermische Beanspruchung der Werkzeugschneiden daher sehr hoch. Zudem weisen sie einen niedrigen Elastizitätsmodul auf, der Schwingungen bei der Bearbeitung begünstigt. Aufgrund seiner hervorragenden Materialeigenschaften wird der Werkstoff allerdings in der Flugzeugindustrie häufig verwendet. Insbesondere bei hochbeanspruchten Strukturbauteilen wie bei Tür- und Torrahmen, Landeklappenführungen, Landebeinträgern oder Turbinen-Aufhängungen kommt er zum Einsatz.
Für diese Bauteile ist ein hohes Zerspanungsvolumen typisch, da oftmals Taschen aus massiven Ausgangsformen sowie aus geschmiedeten Rohteilen herauszuarbeiten sind. Zudem stellen die strukturellen Merkmale der zu bearbeitenden Formen, wie zum Beispiel sehr dünne Wände oder Böden, eine enorme Herausforderung für die Fräsbearbeitung dar. Hier kommen Wendeschneidplatten- und Vollhartmetall-Fräser in etwa gleicher Zahl zum Einsatz.
Der am häufigsten verwendete Titan-Werkstoff in der Luftfahrt ist Ti6Al4V. Zunehmend werden aber auch Ti-5-5-5-3 und Ti-10-2-3, z. B. für Fahrwerkskomponenten, eingesetzt. Beide Materialien haben eine höhere Warmfestigkeit als Ti6Al4V und sind nur mit reduzierten Schnittgeschwindigkeiten bearbeitbar. Welche Legierung auch zum Einsatz kommt: im Vordergrund steht die Prozesssicherheit. Gleichzeitig verlangt der Kostendruck des Marktes aber hohe Zerspanungsleistungen.
Langjährige Bauteilkompetenz machtden Unterschied
Die Entwicklung von produktiven und prozesssicheren Strategien bei Walter basiert auf einer in Jahrzehnten gewachsenen Bauteilkompetenz: „Für uns ist es enorm wichtig, Teil eines weltweiten Netzwerks zu sein“, sagt Dirk Masur, Component Manager Aerospace bei der Walter AG in Tübingen. „Denn unser Knowhow 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 neuesten 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 herauszuholen. „Die Bearbeitungen werden vor der Übergabe simuliert und verifiziert“, betont Masur. „Der Anwender erlebt daher auch keine negativen Überraschungen hinsichtlich Wirtschaftlichkeit oder Prozesssicherheit.“
Prozesssicher dank intelligenterBearbeitungsstrategien
Ein sehr gutes Beispiel für eine intelligente und prozesssichere Bearbeitungsstrategie ist das dynamische Hochvorschubfräsen „High Dynamic Cutting“ (HDC). Dabei 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 für diese Bearbeitungsstrategie laut dem Hersteller hervorragend. „Wir setzen auf ganzheitliche Lösungen“, erklärt Masur. „Das bedeutet, wir stimmen alle Aspekte wie Werkzeugauslegung, CAM-Programm, Bearbeitungsstrategie und so weiter nach Best-Practice-Gesichtspunkten auf die Applikation ab.“ Eine Strategie, mit der nicht nur Titan-Bauteile zeit- und kosteneffizient hergestellt werden können.
Aluminiumlegierungen liegen nachwie vor im Trend
Trotz der zunehmenden Verbreitung von Verbundwerkstoffen spielt auch Aluminium nach wie vor eine wichtige Rolle. Gegenwärtig liegen laut Masur Aluminium-Lithium-Knetlegierungen voll 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: Die Aluminium-Zerspanung ist eine HSC-Bearbeitung (High Speed Cutting).
Hier ist keine Rede mehr von „schwer zerspanbar“ oder „reduzierten Schnittwerten“. Im Gegenteil: Vc-Werte beim Fräsen oberhalb 3000 m/min sind keine Seltenheit. Umgekehrt führen zu niedrige Schnittgeschwindigkeiten zu Aufbauschneidenbildung – und damit zu schnellerem Werkzeugverschleiß. Wie bei der Titan-Bearbeitung ist auch bei Aluminium sehr viel Knowhow 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.
Neuer Aluminiumfräser für die Flugzeugindustrie
Die Präzisionswerkzeughersteller stellte jüngst einen neuen Fräser vor, einen Alu-Spezialisten, der exakt auf das Anforderungsprofil der Flugzeugindustrie zugeschnitten ist: den M2131 Ramping-Fräser mit 90°-Wendeschneidplatten. Der Fräserkörper wird mit höchster Rundlaufgenauigkeit gefertigt, die Wendeschneidplatten verfügen zudem über Fliehkraftsicherungen. Darüber hinaus wird der Fräser vorgewuchtet. Diese Maßnahmen gewährleisten eine hohe Prozesssicherheit bei der HSC-Bearbeitung. Highlight des neuen Werkzeugs sind jedoch die Wendeschneidplatten der Sorte WNN15. Dabei handelt es sich um eine ganz neue PVD-Variante, hergestellt nach dem „HiPIMS-Verfahren“ (High Power Impulse Magnetron Sputtering).
Die extrem dichte und glatte PVD-Beschichtung reduziert die Reibung und verringert damit die Aufbauschneidenbildung enorm. Auch der Widerstand gegen Freiflächenverschleiß sowie die Stabilität der Schneidkanten sind sehr hoch. „Feldversuche bestätigten die technologischen Vorteile der neuen Wendeschneidplatten im Vergleich zu Standardtypen“, erklärt Wolfgang Vötsch, Produktmanager Fräsen bei der Walter AG. „Unsere Anwendungstechniker erzielten hierbei mühelos Standzeitensteigerungen bis zu 200 Prozent. In einem Fall gelang uns sogar eine Steigerung um fast 400 Prozent.“ ■
Walter AGwww.walter-tools.com
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