„Es geht nicht ohne Sonderlösungen”
In der Luft- und Raumfahrttechnik ticken die Uhren oft anders als in anderen Sparten der Zerspanungstech¬nik. Die Bauteile sind sehr komplex und schwierig zu bearbeiten. Die Werkstoffe sind extrem unterschiedlich, die Entwicklung neuer Materialien erfolgt in raschem Tempo. Zerspanungswerkzeuge „von der Stange” führen da schnell in die Sackgasse. Dann schlägt die Stunde der Spezialisten unter den Werkzeug-entwicklern.
Markus Heuwinkel, Projektmanager Aircraft beim Tübinger Werk¬zeughersteller Walter, ist ein solcher Experte für die Gratwanderungen zwischen Produktivität und Fertigungsvorschriften. Er betont: „In vielen Fällen geht es nicht ohne Sonderlösungen. Das gilt vor allem für den Triebwerksbereich.” Ein Trend, so Jageneau weiter, sei die Ausarbei¬tung kompletter Bearbeitungslösungen. Die Hersteller von Flugzeugteilen setzen demnach verstärkt auf Werkzeuglösungen aus einer Hand.
Ein Beispiel für eine Sonderlösung: Zum Werkzeugsatz zur Bearbeitung eines Laufrades aus Ti6Al4V gehört auch ein Voll¬hartmetallfräser mit 16mm Durchmesser und relativ hoher Zähnezahl 5. Walter produzierte den Fräser aus einem speziellen Hartmetall – und zwar ohne Beschichtung. Eine Beschichtung war bei dieser Bearbeitung nicht zulässig.
Aufgrund der Vorschriften werden die Herstellprozesse häufig über Jahre eingefroren. Daher kommt es bei Ratioprojekten oft zur Ablösung älterer HSS-Werkzeuge durch moderne Hartme¬tallnachfolger. Ein HSS-Fräser (D=30mm, Z=5) wurde beispielsweise für das Taschenfräsern an einem Triebwerksteil für den A320 aus Inconel 718 eingesetzt. Walter löste das Werkzeug durch einen Sonder-Wendeplattenfräser F3038 (D=32mm, Z=3) ab. Der Schneidstoff der Wendeplatten war ebenfalls eine Sonderanfertigung. Die Produktivitätssteigerung durch den Umstieg von HSS auf Hartmetall ist enorm: im beschriebenen Fall wurde eine Steigerung der Vorschubgeschwindigkeit von 80% erreicht.
Gerade bei den Schneidstoffen und Beschichtungen hat sich in den letzten Jahren einiges getan. Zu den bedeu¬tendsten Entwicklungen aus Tübingen zählen zweifellos die neuen PVD-Tiger•tec®-Qualitäten („PVD-Tiger”). Inzwischen stehen entsprechende Wendeplatten sowohl für das komplette Frä¬serprogramm von Walter wie auch für das Drehen zur Verfügung. Das Besondere bei der Herstellung ist die Abscheidung der Aluminiumoxid-Hartschicht nach dem PVD-Verfahren. Bevor Walter dieser Durchbruch gelang, war das Verfahren auf nitridische Hartstoffe beschränkt.
Nach dem PVD-Verfahren beschichtete Wendeplatten verfügen über eine enorme Zähigkeit. Das Aluminiumoxid sorgt gleichzeitg für eine hohe Härte bzw. Warmverschleißfestigkeit. Die Kombination beider Eigenschaften ist besonders bei der Bearbeitung von hochwarmfesten Ma¬terialien erwünscht. Auch hierzu ein Beispiel: Nach dem Drehen eines Laufrades aus Inconel 713LC mit stark unterbrochenem Schnitt zeigte die Wendeplatte (PVD-Tiger•tec®-Qualität WSM30) nur minimalen Verschleiß (Bilder 2, 3). Ein herkömmlicher Vergleichsschneidstoff für derartige Werkstoffe erreichte nach gleicher Eingriffszeit bereits das Standzeitende.
Bei Fräsern kleiner 50mm Durchmesser sind in den meisten Fällen aus Gründen der guten Performance Vollhartmetallfräser wie der Prototyp Protostar Ti40 erste Wahl. Das Werkzeug ist für Schrupp- und Schlichtaufgaben geeignet. In seiner aktuellen Version präsentiert sich der innengekühlte Fräser als Benchmarkwerkzeug für die Titanbearbeitung. Die Entwickler verbesserten die Fein¬abstimmung des Werkzeugs für die Zerspanung modernster Legierungen: Es wurde ein neues Hartmetallsubstrat entwickelt, eine neue Beschichtung (AlCrN) und eine optimierte Mikrogeometrie; der Schaft wurde für eine hohe Drehmomentübertragung speziell behandelt. So ausgestattet erlaubt der Ti40 Zerspanungsraten an der Grenze des Machbaren. Dazu gehört beispielsweise das Vollnut¬fräsen bis 1.5xD bei Schnittgeschwindigkeiten bis 80m/min in Werkstoffen wie TiAl6V4. „Die exakte Feinabstimmung auf die neuen Werkstoffe ist ein Trend bei Standardwerkzeugen”, meint Bernard Jageneau, „da wir es künftig mit immer schwieriger zu bearbeitenden Werkstof¬fen zu tun haben, Beispiel Ti5553, sind zunehmend genau abgestimmte Werkzeuge gefragt.”
Ein weiteres Beispiel: Für die Herstellung so genannter Flaptracks aus TiAl6V4, das sind Teile zur Landeklappenmechanik, kam lange Zeit ein Wendeplattenfräser mit 50mm Durchmesser und Z=5 zum Einsatz. Die Walter Aerospace Group stellte den Prozess auf den Protostar® Ti40 mit 16mm Durchmesser und Z=4 um. Das Zeitspanvolumen konnte von 25cm3/min auf über 90cm3/min gesteigert werden. Das Beispiel zeigt, wieviel Performance in dem VHM-Werkzeug mit dreimal kleinerem Durchmesser steckt.
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