Innovatives Kühlkonzept

Ausgabe 12 | 2022

Hochleistungsbohren in Titan, in einem Schuss

Mikron Switzerland AG

Der Hochleistungswerkstoff Titan ist eine zerspanungstechnische Herausforderung. Gleichwohl: Titan ist nicht gleich Titan. Je nachdem, ob es sich um Reintitan oder legiertes Titan handelt, ergeben sich unterschiedliche zerspanungstechnische Verhalten. Für diese Herausforderung hat Mikron Tool auf die jeweiligen Titansorten perfekt zugeschnittene Bohrer entwickelt, die diese prozesssicher, mit höheren Schnittwerten und längeren Standzeiten zerspanen können.

Das Bohren des widerspenstigen Titans ist hoch anspruchsvoll. Mit einer der Gründe ist die Kombination seiner Eigenschaften von hoher Elastizität und Zugfestigkeit. Wegen der hohen Zähigkeit ist der Spanbruch schwierig zu realisieren. Durch die geringe Wärmeleitfähigkeit wird die Wärme nicht über den Span aus der Schneidzone abgeführt, aber irgendwie muss sie da raus. Zudem neigt Titan zur Bildung von Aufbauschneiden. Das alles führt zu höherem Verschleiss und verringert die Prozesssicherheit beim Bohren. Die Kompetenz von Mikron Tool besteht darin, Bohrtechnologien zu entwickeln, die auf die Werkstoffeigenschaften von Reintitan wie auch von Titanlegierungen perfekt zugeschnitten sind. Das ist aufwendig, bringt aber für die Anwender enorme fertigungstechnische Vorteile.

Titan: Wie in Gummi bohren
«Das ist wie in Gummi bohren», meint Alberto Gotti, F&E-Leiter bei Mikron Tool. «Bohren in Titan ist eine viel grössere Herausforderung als Fräsen. Die Schwierigkeiten steigen mit dem Durchmesser-Bohrtiefen-Verhältnis». Problematisch wird es über 3xD. Durch die zähelastische Eigenschaft des Titans wird der Bohrer verklemmt, der Druck auf die Schneiden nimmt zu. Materialverklebung an Schneiden und Führungsfasen erhöht die Schnittkräfte, infolgedessen die Schneidkanten ausbrechen können. Sind die Oberflächen ein-mal beschädigt, bleibt noch mehr Material haften, was die Reibung erhöht. Überdies ist auch die Spanform problematisch. Denn die Titan-Späne verdichten sich gerne im Kopfbereich und verhindern das Nachfliessen weiterer Späne. Das führt oft zu unkontrollierten Bohrerbrüchen. Erschwerend kommt die hohe Temperaturbelastung der Schneiden hinzu. Ab 600 °C wird im Hartmetallsubstrat die Cobalt-Bindematrix «weich» und kann die harten Wolframkarbide nicht mehr optimal binden. Die Folge ist plastische Verformung, was zu Mikroausbrüchen und letzt-lich zu Schneidenausbrüchen führt.

Materialspezifische Werkzeuge sind die Lösung
Abhilfe schaffen hier scharf geschliffene Schneiden, die gleichzeitig stabil sein müssen – ein Widerspruch in sich. Mikron Tool hat eine geniale spezifische Schneidengeometrie entwickelt, die diesen Spagat meistert, infolgedessen die Schnittdrücke signifikant gesenkt werden können. Wie oben beschrieben, muss die Wärme aus der Zerspanzone gebracht werden.
Die Lösung: zwei Kühlkanäle mit sehr grossen Querschnitten führen massiv Kühlmittel bis zur Bohrspitze und garantieren eine konstante Kühlung inklusive Schmierung der Schneiden. Gleichzeitig spült der massive Kühlmittelstrahl die Späne durch die polierten Spannuten und verhindert Spänestau.
Das an sich ist nichts Neues, aber: Die patentierte Sonderform der Kühlkanäle von Mikron Tool ermöglicht, eine vier Mal höhere Kühlmittelmenge bei gleichem Druck durch das Werkzeug zu schiessen. Das ist ein weiterer Schlüssel zum Erfolg und steht für Innovation bei der Wärme- und Späneabfuhr. Das Nutenprofil begünstigt die Späneabfuhr. Doch damit nicht genug: Die Spezialisten aus der Entwicklung setzen auf eine Hartmetallsorte, die Verschleissfestigkeit mit hoher Bruchzähigkeit kombiniert. Die Beschichtung zeichnet sich durch exzellente Verschleiss- und Oxidationsfestigkeit aus und verringert darüber hinaus die Neigung zum Verkleben.
«Titan ist nicht gleich Titan», sagt Markus Schnyder, COO der Mikron Tool. «Wer dieses Material effizient bearbeiten will, muss es bis ins kleinste Detail kennen. In unserer Entwicklungsarbeit haben wir verschiedene Titan-Werkstoffe untersucht und dabei herausgefunden, dass die verschiedenen Titansorten sich extrem voneinander unterscheiden, was für deren industrielle Bearbeitung von höchster Relevanz ist. Reintitan (Grad 1 bis 4) zeichnet sich durch hohe Korrosionsbeständigkeit aus, hat aber dafür geringere mechanische Festigkeiten.»

Jedem Titan sein Bohrer
Markus Schnyder: «Legiertes Titan (Grad 5 und höher) hat eine hohe Festigkeit, aber eine geringe Duktilität. Um diese Unterschiede zerspanungstechnisch in den Griff zu bekommen, haben wir getüftelt bis zum Verrücktwerden. Drei Jahre akribische Entwicklungsarbeit liegen hinter uns. Unsere Leidenschaft und die gewonnenen Erkenntnisse brachten uns – Stand heute – eine perfekte Lösung: zwei spezifische Geometrien, eine für Reintitansorten und eine für Titanlegierungen. So garantieren wir perfekt kontrollierte Spanabfuhr, hohe Bohrgeschwindigkeiten und wiederholgenaue Prozesse mit optimaler Bohrqualität für diese diffizilen Titanwerkstoffe. Jedem Titan seinen Bohrer. Das ist unsere Antwort auf den Umgang mit diesem anspruchsvollen und «göttlichen» Material.»

CrazyDrill Cool Titanium – doppelt so schnell
Die neuen Bohrer CrazyDrill Cool Titanium gibt es im Durchmesserbereich von 1 bis 6.35 mm. Für Reintitan entwickelte Mikron Tool Kurzbohrer mit 3xD und Bohrer mit 6xD (CrazyDrill Cool Titanium PTC, verfügbar ab Q2/2023).
Für Titanlegierungen setzt Mikron Tool auf Bohrer mit 6xD und 10xD in Kombination mit einem Pilotbohrer (CrazyDrill Cool Titanium ATC, sofort verfügbar).
Titan ist teuer, das Bauteil auch, umso wichtiger sind hohe Prozesssicherheit und berechenbare Standzeiten. Ist Letzteres noch zu toppen, umso besser. Die neuen Hochleistungsbohrer für Titan von Mikron Tool haben bis zu drei Mal höhere Standzeiten und sind betreffend Vorschubgeschwindigkeit doppelt so schnell wie die der Mitwettbewerber. Eine weitere Spitzenleistung: Das Bohren beim ATC erfolgt in einem Schuss, ohne mehrfaches Entspanen.
Das Ergebnis lässt sich sehen, denn einmal mehr zeigt sich, dass Mikron Tool die Technologieführerschaft beansprucht und diese Position beim erfolgreichen Bearbeiten diffiziler Werkstoffe verteidigt. «Wir lieben es, für unsere Kunden das Beste aus unseren Werkzeugen herauszuholen. Uns ist nichts ‹crazy› genug», so Alberto Gotti.

INFOS | KONTAKT
Mikron Switzerland AG
Via Campagna 1
CH-6982 Agno
T +41 (0)91 610 40 00
www.mikrontool.com
mto@mikron.com

Februar

KPA, Ulm

Marktplatz für Design, Entwicklung, und Beschaffung von Kunststoffprodukten
28. und 29. Februar
www.kpa-messe.de

März

all about automation, Friedrichshafen

Fachmesse für Industrieautomation in der internationalen Bodenseeregion
5. und 6. März
www.allaboutautomation.de

LOPEC, München

Internationale Fachmesse und Kongress für gedruckte Elektronik
5. bis 7. März
www.lopec.com

emv, Köln

Internationale Fachmesse mit Workshop für Elektromagnetische Verträglichkeit
12. bis 14. März
www.mesago.de

W3+ Fair, Wetzlar

Messe rund um die Technologien Optik, Photonik, Elektronik und Mechanik
13. und 14. März
www.w3-messe.de