Welches ist das beste Werkzeug zum Schneiden von Titan?

Die Auswahl der Werkzeuge zum Schneiden von Titan und Titanlegierungen hängt von der jeweiligen Verarbeitungsmethode (wie Fräsen, Drehen, Bohren usw.) ab und berücksichtigt die Eigenschaften von Titan: hohe chemische Aktivität, geringe Wärmeleitfähigkeit und leichte Kaltverfestigung. Der Schwerpunkt liegt auf der Reduzierung des Werkzeugverschleißes und der Kontrolle der Schnitttemperaturen. Im Folgenden finden Sie die besten Tools für verschiedene Verarbeitungsszenarien:

Fräsen ist die primäre Methode zur Bearbeitung komplexer Konturen auf Titanlegierungen. Ultrafeinkörniges Hartmetallwerkzeug s sind die bevorzugte Wahl, da sie ein optimales Gleichgewicht zwischen Härte, Verschleißfestigkeit und Schlagfestigkeit bieten.

Basismaterial : Wählen Sie eine WC-Co-Legierung mit einem Kobaltgehalt von 8–12 %. (Ein zu hoher Kobaltgehalt kann aufgrund der chemischen Affinität von Titan leicht zu adhäsivem Verschleiß führen, während ein zu niedriger Kobaltgehalt zu einer unzureichenden Schlagfestigkeit führen kann.)

Beschichtungsoptimierung: Eine AlCrN-Beschichtung (Aluminiumchromnitrid) wird bevorzugt, da sie eine Oxidationsbeständigkeitstemperatur von über 1100 °C aufweist und chemische Reaktionen bei hohen Temperaturen reduziert. Die TiAlN-Beschichtung (Titan-Aluminium-Nitrid) ist eine Option für mittlere Schnittgeschwindigkeiten und bietet eine überlegene Verschleißfestigkeit im Bereich von 600–800 °C.

Innovatives Design: Um die Kompression des Titanmaterials zu minimieren und die Kaltverfestigung zu verringern, werden ein scharfer, positiver Spanwinkel (5°–10°) und ein kleiner Schneidkantenradius (≤ 0,02 mm) empfohlen. Beim Schruppfräsen kann eine gewellte Kante oder ein Spanteiler verwendet werden, um die Effizienz der Spanabfuhr zu verbessern. Besondere Szenarien: Metallkeramikwerkzeuge (wie die TiC-Ni-Mo-Serie) können für die hochpräzise Endbearbeitung (wie medizinische Implantate) verwendet werden, weisen jedoch eine geringe Schlagfestigkeit auf und eignen sich nur für die Bearbeitung kleiner Schnittvolumina.

Beim Drehen ist ein Gleichgewicht zwischen kontinuierlicher Schnittstabilität und Antihafteigenschaften erforderlich:

Konventionelles Drehen: Bevorzugt werden TiAlN- oder AlCrN-beschichtete Hartmetalleinsätze (z. B. ISO P- oder M-Typen). Bei Schnittgeschwindigkeiten von 50–100 m/min sind ihre Verschleißfestigkeit und Standzeit unbeschichteten Werkzeugen deutlich überlegen.

Hochpräzise Bearbeitung mit hoher Oberflächengüte: Werkzeuge aus kubischem Bornitrid (CBN) eignen sich zum Feindrehen mit geringen Materialzugaben. Sie haben eine Härte von über HV3000 und sind äußerst widerstandsfähig gegen hohe Temperaturen (1400 °C), wodurch ein Festfressen des Titans verhindert wird. Sie sind jedoch spröde und erfordern niedrige Vorschubgeschwindigkeiten (0,05–0,1 mm/min).

Der Schlüssel zum Bohren liegt darin, die Probleme der schwierigen Spanabfuhr und des Durchbrennens des Bohrers zu lösen:

Allgemeine Bohrungen (Durchmesser <10 mm) : Kobalthaltige Schnellarbeitsstahlbohrer (HSS-Co, mit einem Kobaltgehalt von 5–8 %) bieten ein besseres Preis-Leistungs-Verhältnis, weisen eine höhere Warmhärte als gewöhnlicher HSS auf und verfügen über interne Kühlmittelbohrungen (Hochdruck-Schneidflüssigkeit wird durch die Mittelbohrung zugeführt) für eine effektive Wärmeableitung und Spanabfuhr.

Für tiefe Löcher oder Bohrungen mit großem Durchmesser (Durchmesser >10 mm): Vollhartmetallbohrer (z. B. aus WC-Co-Legierung mit TiAlN-Beschichtung) bieten überlegene Steifigkeit und Verschleißfestigkeit und eignen sich für hohe Vorschubgeschwindigkeiten von 0,1–0,2 mm/min.

Bandsäge Klingen : Wählen Sie Bandsägeblätter aus Schnellarbeitsstahl (HSS-M42). Diese Klingen haben einen hohen Kobaltgehalt, eine ausgezeichnete Warmhärte und halten hohen Schnitttemperaturen stand. Die feinzahnige Ausführung reduziert die Belastung des Materials und erleichtert die Spanabfuhr.

Kreisförmig Sägeblätter : Hartmetall-Kreissägeblätter (z. B. WC-Co-Legierung mit TiN-Beschichtung) eignen sich zum Sägen größerer Titanmaterialien. Die Beschichtung verbessert die Verschleißfestigkeit und die Haftfestigkeit und sorgt so für einen stabilen Schnitt.

Wenn eine hochpräzise Oberflächenbearbeitung erforderlich ist, sind CBN-Schleifscheiben die beste Wahl: Sie bieten eine hohe Härte, hervorragende Verschleißfestigkeit und die Fähigkeit, die Schneidleistung auch bei hohen Temperaturen aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus weisen sie eine geringe chemische Affinität zu Titan auf, wodurch ein Anhaften verhindert und hochwertige geschliffene Oberflächen gewährleistet werden. Beim Grobschleifen verbessert eine gröbere Körnung die Effizienz, während beim Feinschleifen eine feinere Körnung für Präzision sorgt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Auswahl der Titan-Schneidwerkzeuge speziell auf das Bearbeitungsverfahren abgestimmt sein muss und die Schnittparameter (wie niedrige Schnittgeschwindigkeiten und ausreichende Kühlung) aufeinander abgestimmt sein müssen, um eine effiziente und qualitativ hochwertige Bearbeitung zu erreichen.