Leitfaden: Hochleistungsbearbeitung von Titanlegierungen
Titanlegierungen sind aufgrund ihrer Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit in der Medizinaltechnik und Aerospace unverzichtbar. Dennoch gelten sie als 10–15-mal schwieriger zu bearbeiten als Messing.
1. Physikalische Herausforderungen
| Problem | Konsequenzen | Lösungen |
|---|---|---|
| Geringe Wärmeleitfähigkeit (nur ca. 16% von Stahl) | 80% der Hitze konzentriert sich an der Schneidkante. | Hochdruck-Kühlung (HPC) empfohlen; TiAlN-beschichtetes Hartmetall. |
| Niedriger E-Modul (55% von Stahl) | "Springback"-Effekt führt zu Massabweichungen und Flankenverschleiss. | Positive Spanwinkel; hoher Vorschub zur Reduktion der Rückfederung. |
| Chemische Reaktivität | Aufbauschneiden und Verschleissen des Werkzeugs; Instabiler Prozess; Schlechte Oberflächengüte. | Scharfe Schneiden und TiAlN oder AlTiSiN Beschichtung. |
| Kaltverfestigung | Kerbverschleiss; Werkzeugbruch bei Folgeschnitten. | Scharfe Schneiden; Ausreichende Zustellung (>0.10 mm wenn möglich), keine Verweilzeiten. |
| Lange Späne | Spänennester beim Innendrehen oder Abstechen | Spanbrecher für Innendrehstähle und Schruppfräser (z.B. Swiss-MicroTurn MTEP); ACP+, LFV, u.ä. für das Aussendrehen; Hochdruck-Kühlung; Trochoidales Fräsen. |
2. Empfehlungen nach Bearbeitungsart
Drehen & Ausseneinstechen
- Strategie: "Low speed, high feed". Ein dickerer Span leitet Wärme besser ab.
- Parameter:
V c 40–90 m/min, f 0.08–0.20 mm/U. - Lösung: Hartmetall K10-K20 mit TiAlN-Beschichtung (z.B. Tungaloy-NTK DM4).
Innendrehen auf Langdrehautomaten (Swiss-Type)
- Steifigkeit: Auskragung ab Führungsbuchse minimal halten (< 3 mm).
- Lösung: Ifanger Swiss-MicroTurn schnittige Stähle MTEP, MTEE, MTEC, MTKO und weiteres mit Innenkühlung (Halter MTHA).
- Parameter:
V c 40 m/min, f 0.01–0.05 mm/U.
CNC-Fräsen
- Strategie: Trochoidale Fräsbahnen (
A e 5–15%) zur konstanten Temperaturkontrolle. - Eintritt: Bogenförmiger Werkzeugeintritt (Arc Entry) zur Vermeidung von Kraftspitzen.
- Voraussetzungen: Innenkühlung mit 100–150 bar; Eckradius; Spanbrecher; Tiefe Schnittgeschwindigkeit
V c - Lösung: Maykestag Speedcut 4.0 Titan, besonders für Titan-Legierungen entwickelt.
CNC-Bohren
- Herausforderung: "Drilling into rubber"-Effekt und Spanstau bei Tiefen >3xD.
- Lösung: Ifanger Swiss-Drill ISDTA803 für Bohrungen 0.30<Ø<1.00 mm
- Parameter:
V c 12 m/min, f 0.007–0.015 mm/U.
Profi-Tipp: Nutzen Sie beim Bohren von Legierungen ab 6xD einen Pilotbohrer, um die Prozesssicherheit zu garantieren und Bohrbrüche zu vermeiden.
Rändeln
- Verfahren: Spanendes Rändeln (Cut Knurling) bevorzugen, um Andruckkräfte um 40% zu senken.
- Lösung: Ifanger Swiss-Knurl System mit DVA-beschichteten HSS-Rädchen oder Hartmetall-Rollen (>60 HRC).
3. Klassifizierung der Titanlegierungen
| Gruppe | Eigenschaften | Zerspanbarkeitsindex (Stahl = 100%) |
|---|---|---|
| Alpha-Legierungen (Grade 1-4) | Reines Titan, nicht wärmebehandelbar, extrem korrosionsbeständig. | 35–46% |
| Alpha-Beta-Legierungen (z.B. Grade 5) | Ti-6Al-4V: Das "Arbeitspferd" der Industrie (~50% Marktanteil). TiZr mit Zr-Gehalt 15%-20% gehört auch zur Alpha-Beta Familie. | 18–28% |
| Alpha-Beta-Legierung Grade 23 "ELI" | Reduzierte =2-Gehalt, verbesserte Zähigkeit für Implantate. | 18–28% |
| Beta-Legierungen (z.B. Ti-10V-2Fe-3Al) | Höchste Festigkeit (bis 1'400 MPa), extrem schwierig zu zerspanen. | 15–20% |