So bohren, reiben und gewindeschneiden Sie Titanlegierungen effektiv

Die geringe Wärmeleitfähigkeit, die elastische Rückstellung, die chemische Affinität und die konzentrierte Schnittwärme von Titan erschweren die Lochbearbeitung. Für erfolgreiches Bohren, Reiben und Gewindeschneiden sind starre Werkzeuge, positive und zugleich scharfe Schneidkanten, eine zuverlässige Spanabfuhr sowie reichlich Schneidflüssigkeit erforderlich.

Aufbau und Geometrie des Bohrers

Spiralbohrer

Herkömmliche Spiralbohrer benötigen einen verstärkten Steg, präzise geschliffene Schneiden, polierte Spänekanäle und eine Geometrie, die Reibung begrenzt und den Spanabtransport fördert. Kurze, steife Bohrer verringern die Durchbiegung. Bevorzugt werden kobalthaltiger Schnellarbeitsstahl und geeignetes Wolfram-Kobalt-Hartmetall; es ist zu vermeiden, dass eine stumpfe Schneide die Bohrlochoberfläche verfestigt.

Viersteg-Spiralbohrer

Eine Vier-Flächen-Konstruktion verbessert die Führung und die Geradheit der Bohrung und sorgt gleichzeitig für eine gleichmäßige Lastverteilung. Der Schnittspalt und die Kühlmittelzufuhr spielen weiterhin eine entscheidende Rolle, da zusätzliche Spielräume die Reibung erhöhen können, wenn das Werkzeug nicht scharf ist.

Tieflochbohrer

Das Tieflochbohren erfordert eine interne Kühlmittelzufuhr, eine kontrollierte Spanabfuhr und einen unterbrechungsfreien Abtransport. Wenn das Werkzeug die Späne nicht kontinuierlich abführen kann, kann ein stufenweiser Rückzug erforderlich sein.

Bohrdaten und Prozesssteuerung

Verringern Sie die Schnittgeschwindigkeit, wenn die Bohrlochtiefe, die Festigkeit der Legierung oder der Durchmesser zunimmt. Halten Sie einen positiven Vorschub ein, damit die Schneidkanten schneiden und nicht reiben. Fluten Sie den Schnittbereich mit einem geeigneten Kühlmittel und überprüfen Sie die Späne auf Verfärbungen oder Anhaftungen. Bei tiefen Bohrungen in Ti-6,5Al-3,5Mo-1,5Zr-0,3Si verwendet das Ausgangsverfahren einen speziellen Bohrer und legt besonderen Wert auf Kühlung, Spanabfuhr und die Kontrolle der Oberflächengüte.

Reiben von Titan

Geometrie von Reibahlen

Reibahlen erfordern eine hohe Steifigkeit, präzise Freiflächen, großzügigen Freiraum und glatte Spankammern. Eine schmale Freifläche führt das Werkzeug, während eine zu breite Freifläche zu erhöhtem Reibungswiderstand und Wärmeentwicklung führt. HSS-Reibahlen mit gerader Nut, Hartmetall-Reibahlen mit gerader Nut und abgestufte Hartmetall-Reibahlen weisen unterschiedliche Geometrien des Schneidbereichs auf.

Praxis des Reibens

Verwenden Sie eine niedrige, konstante Drehzahl und einen ausreichenden Vorschub, um unterhalb der Kaltverfestigungsschicht zu schneiden. Halten Sie die Zerspanungszugabe gleichmäßig, vermeiden Sie Stillstände im Bohrloch und sorgen Sie für eine kontinuierliche Zufuhr von Schneidflüssigkeit. Der Rundlauf des Werkzeugs, die Genauigkeit der vorgebohrten Bohrung und die thermische Ausdehnung wirken sich direkt auf die Endmaße und die Rundheit aus.

Gewindeschneiden in Titan

Werkstoffe für Gewindebohrer

Häufig wird hochleistungsfähiger, kobalt- oder aluminiumhaltiger Schnellarbeitsstahl (HSS) verwendet. Der Gewindebohrer muss gegen Kantenausbrüche beständig sein und gleichzeitig ein scharfes Profil beibehalten. Die Gewindeform, die Bohrlochtiefe und der Zugang für Kühlmittel bestimmen, ob eine Standardausführung, eine Ausführung mit korrigierten Zähnen oder eine Ausführung mit versetzten Zähnen vorzuziehen ist.

Aufbau und Geometrie des Gewindebohrers

Gewindebohrer mit korrigierter Zahnform verringern die Schnittbelastung durch eine veränderte Eingriffsgeometrie. Ein angemessener Spanwinkel und Freiraum verringern die Anhaftung, während polierte Nuten und entlastete Zähne Platz für die Späne schaffen.

Durchmesser des Gewindebohrers

Da sich Titan nach dem Schneiden wieder ausdehnt, wird der Durchmesser des Gewindebohrers häufig am oberen Ende des zulässigen Bereichs gewählt, um das Drehmoment zu reduzieren, ohne die Gewindeanforderungen zu verletzen. Überprüfen Sie den tatsächlichen Gewindeanteil, das Materialverhalten und das Prüfergebnis. Bei Sacklöchern sorgen Sie für ausreichend Spanraum unterhalb des Vollgewindes und vermeiden Sie, dass der Gewindebohrer den Boden berührt.

Praktische Checkliste

• Verwenden Sie eine starre, rundlaufgenaue Halterung und ein scharfes Werkzeug.
• Vermeiden Sie das Verharren an einer Stelle und das Reiben, da dies zu Wärmeentwicklung und Kaltverfestigung führt.
• Kühlmittel direkt an die Schnittkante leiten und Späne vor dem erneuten Schneiden entfernen.
• Verringern Sie die Drehzahl bei tieferen Bohrungen und härteren Legierungen.
• Überwachen Sie Drehmoment, Spanform, Oberflächengüte und Größe; tauschen Sie die Werkzeuge aus, bevor es zu Spanbildung kommt.
• Überprüfen Sie jeden Ausgangswert hinsichtlich der jeweiligen Maschine, des Werkzeugs, des Kühlmittels, der Bohrungstiefe und des Zustands der Legierung.