Flugzeugbau: die Werkzeug-Herausforderung Titan im Griff
In kaum einer Branche wird so intensiv nach neuen Materialien geforscht wie im Flugzeugbau. Die Gründe dafür sind offensichtlich: Zum einen müssen die Werkstoffe je nach Einsatzbereich am Flugzeug besonders hohe Belastungen aushalten. – An den Turbinen kommen zum Beispiel extrem hitzebeständige Stahlsorten zum Einsatz. –Gleichzeitig gilt es aber, das Gesamtgewicht des Flugzeugs zu senken und damit den Kraftstoffverbrauch zu mindern. Alles zusammen macht Titan zu einem besonders gefragten Material. Welche Herausforderungen das für die Werkzeuge mit sich bringt, die bei der Titanbearbeitung zum Einsatz kommen, verdeutlichen mehrere Anwendungsbeispiele aus den USA.
Schon das Material selbst ist Hightech. Überall dort, wo Metalle extreme Belastungen auszuhalten haben, sind Titanlegierungen nicht mehr wegzudenken. Sie kommen in der Medizintechnik genauso zum Einsatz wie im Automobilbau.
Seinen Siegeszug hat Titan allerdings vom Flugzeugbau ausgehend angetreten. Die umfassenden Vorteile des Materials kommen hier wortwörtlich „zum Tragen“: Titanlegierungen sind leicht, unempfindlich gegen Stöße oder Schläge und dehnen sich auch bei Wärme nur gering aus. Gleichzeitig sind sie resistent gegen chemische Einwirkung, weil sie ähnlich wie Aluminium eine schützende und passivierende Schicht aufbauen. Allerdings führen die beschriebenen positiven Eigenschaften auch direkt zur Herausforderung, die Titanlegierungen für jede Werkzeugbearbeitung bedeuten, wie Scott Feimster von LMT Onsrud erklärt: „Titan lässt sich aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften nur schlecht bearbeiten. Die geringe Wärmeleitfähigkeit von Titan führt dazu, dass die Schneidwerkzeuge schnell Hitze absorbieren. Weil Titan ein reaktionsfreudiges Metall ist, kann es mit Materialien in den Schneidwerkzeugen verschmelzen und chemisch reagieren, was zu Abrieb, Verschweißung, Verschmieren und einer schnellen Zerstörung der Schneidwerkzeuge führt.“ Viele Unternehmen sind aus diesen Gründen immer auf der Suche nach neuen Werkzeuglösungen.
Werkzeuge in der Luftfahrtindustrie bewährt
Nicht selten führt die Suche direkt zu LMT Onsrud. Das breite Spektrum von Fräs- und Schneidwerkzeugen des Unternehmens mit Sitz in Waukegan in der Nähe von Chicago bewährt sich seit vielen Jahren in der Luftfahrtindustrie – auch und gerade wenn es um die Bearbeitung von Titanlegierungen geht. Die nachfolgenden zwei Beispiele verdeutlichen typische Herausforderungen im Flugzeugbau:
- Bei der Produktion von Bauteilen für Flugzeugantriebe ist die Bearbeitung von tiefen und komplexen Geometrien an der Tagesordnung – so auch bei einem amerikanischen Zulieferunternehmen. Dabei waren die dortigen Produktionsplaner auf der Suche nach einer deutlich wirtschaftlicheren Werkzeuglösung für das Fräsen der Titanlegierung 6AL-4V. „Das bisher zum Einsatz kommende Tool war überfordert. Um die tiefen ‚Taschen‘ mit sehr schmalem Durchmesser im Bauteil bearbeiten zu können, muss der Fräser natürlich überdurchschnittlich lang sein. Dabei brach das Werkzeug nicht nur häufig, gleichzeitig war die Bearbeitungsqualität an der Oberfläche der Titanlegierung gering“, erklärt Feimster. LMT Onsrud konnte den Anwendern eine „Plug and Play“-Lösung anbieten: Mit dem Einsatz von zwei verschieden langen Titanfinishern (je nach Bauteil-Geometrie) aus der EMC-Serie verbesserte sich die Bearbeitungsqualität. Gleichzeitig überzeugten die Tools mit deutlich besseren Standzeiten.
- Ähnliche Ergebnisse erbrachte der Einsatz des 4-Flute-Titanium-Roughers von LMT Onsrud bei der Bearbeitung eines Steuerhebels in einem anderen Flugzeugbauunternehmen. Ziel war es, die Zahl der produzierten Bauteile pro Werkzeug zu erhöhen. „Mit den bislang eingesetzten Fräsern entstanden nur rund 50 Bauteile. Dann war ein Werkzeugwechsel fällig. Das war den Anwendern vor Ort einfach zu wenig. Der jetzt verwendete 4-Flute-Titanium-Rougher von LMT Onsrud erreicht innerhalb eines Lebenszyklus hingegen rund 75 Teile“, erklärt John Hansen von LMT Onsrud.
Andere Branchen – vergleichbare Leistungssprünge
Dass Titan auch abseits des Flugzeugbaus eine Werkzeug-Herausforderung ist, verdeutlicht ein Anwendungsbeispiel aus dem Energie- und Versorgerbereich. Für die Produktion hoch beanspruchter Bauteile, die zum Beispiel innerhalb von Pumpen mit Salzwasser oder Chlor in Verbindung treten, setzen viele Produzenten folgerichtig auf Titanlegierungen. Bei einem amerikanischen Unternehmen entsteht ein Pumpensensor aus der Titanlegierung 6AL-4V. „Mit dem Einsatz des 8-Flute-Titanium-Finishers von LMT Onsrud konnten wir spektakuläre Erfolge erzielen“, bestätigt Bill Trites von LMT Onsrud die positiven Eindrücke aus dem Flugzeugbau. „Die Zahl der produzierten Bauteile pro Werkzeug stieg im Vergleich zum vorher eingesetzten Tool von drei auf 36 Teile an, gleichzeitig konnte die Vorschubrate bei der Bearbeitung von 1,2 auf acht Inch pro Minute gesteigert werden.“