Wie löst man typische Titanbearbeitungsprobleme wie Rattern, Grate oder Verformung?

Die Lösung typischer Probleme bei der Titanbearbeitung – wie Rattern, Grate und Bauteilverformung – erfordert einen systematischen Ansatz, der die materialbedingten Ursachen berücksichtigt: geringe Wärmeleitfähigkeit, hohe Festigkeit bei erhöhten Temperaturen und chemische Reaktivität. Der Erfolg hängt von einer Kombination aus stabiler Aufspannung, optimierten Werkzeugen und Parametern sowie einer strategischen Prozessgestaltung ab.

Rattern und Vibrationen vermeiden

Rattern – also die Resonanzvibration zwischen Werkzeug und Werkstück – verschlechtert die Oberflächengüte und führt zu schnellem Werkzeugverschleiß. Die Elastizität von Titan verstärkt dieses Problem zusätzlich.

• Maximale Steifigkeit: Dies ist die wichtigste Regel. Verwenden Sie den kürzesten und stabilsten Werkzeughalter (z. B. Schrumpf- oder Hydraulikspannfutter). Das Werkstück sollte in einem starren Schraubstock oder idealerweise direkt auf einem Spannblock oder einer Basisplatte fixiert werden, um jegliche Nachgiebigkeit zu eliminieren. Mehrachsenbearbeitungszentren sind hierbei von Vorteil, da sie komplexe Teile in einer einzigen, starren Aufspannung fertigstellen können.

• Optimierte Werkzeugwege und Eingriffsbedingungen: Vermeiden Sie Vollnutenbearbeitung. Verwenden Sie stattdessen trochoidale oder dynamische Frässtrategien mit konstant geringer radialer Zustellung (typischerweise 5–15 % des Werkzeugdurchmessers) und großer axialer Schnitttiefe. Dadurch werden Stoßlasten reduziert und die Schnittkräfte in die steifere Spindelachse geleitet.

• Parameteranpassung: Wenn Rattern auftritt, sollte nicht einfach die Drehzahl reduziert werden. Häufig kann eine Erhöhung des Vorschubs oder eine leichte Variation der Spindeldrehzahl (RPM) helfen, das System aus dem Resonanzbereich zu verschieben.

Gratbildung kontrollieren und minimieren

Grate, insbesondere zähe „Roll-over“-Grate, die bei Titan häufig auftreten, entstehen durch die Duktilität des Materials und die Austrittsgeometrie des Werkzeugs.

• Werkzeuggeometrie und Schärfe: Verwenden Sie scharfe Werkzeuge mit positivem Spanwinkel und spezieller Schneidenpräparation. Eine scharfe Schneide schert das Material sauber, anstatt es zu verdrängen, was die Gratbildung minimiert. Werkzeuge müssen rechtzeitig gewechselt werden, bevor sie stumpf werden.

• Austrittsstrategie: Programmieren Sie Werkzeugwege so, dass die Schneide nicht senkrecht zur Werkstückkante austritt. Wo möglich, sollten Kanten als letzter Bearbeitungsschritt angefast oder „ramp-on/ramp-off“-Bewegungen verwendet werden. Beim Bohren hilft eine Stützplatte oder Opferunterlage, um Austrittsgrate zu verhindern – ein Prinzip, das in unserem CNC-Bohrservice konsequent angewendet wird.

• Entgrattechniken: Trotz optimaler Prozesse ist ein Entgraten oft unvermeidlich. Manuelles Entgraten ist inkonsistent. Automatisierte Verfahren wie Trowalisieren und Gleitschleifen mit speziellen Medien sind bei zugänglichen Graten sehr effektiv. Für gehärtete Materialien oder komplexe Innengeometrien können Drahterodieren (EDM) oder Elektropolieren Grate entfernen, ohne mechanische Spannungen zu erzeugen.

Verformung von Bauteilen vermeiden

Verformungen bei Titanbauteilen entstehen häufig durch zwei Ursachen: Eigenspannungen im Vormaterial und durch die Bearbeitung induzierte Spannungen.

• Spannungsarm geglühtes Ausgangsmaterial: Verwenden Sie stets spannungsarm geglühte oder angelassene Halbzeuge. Dies gewährleistet einen homogenen und stabilen Spannungszustand des Ausgangsmaterials.

• Ausgewogenes Materialabtragskonzept: Entfernen Sie nie das gesamte Material auf einer Seite in einem Arbeitsgang. Dadurch wird das Spannungsfeld unausgeglichen, und das Bauteil verzieht sich. Besser ist ein „Step-down“-Ansatz: beidseitige Bearbeitung in mehreren Stufen, wobei auf beiden Seiten etwa gleiche Volumina entfernt werden, um das Spannungsverhältnis konstant zu halten.

• Wärmemanagement: Die beim Bearbeiten entstehende lokale Hitze kann thermische Ausdehnung und nach dem Abkühlen Restspannungen verursachen. Verwenden Sie reichlich Hochdruckkühlmittel, um die Temperatur stabil und niedrig zu halten. Bei besonders empfindlichen Geometrien kann eine Wärmebehandlung zur Spannungsreduzierung nach dem Schruppen durchgeführt werden, bevor das Teil fertigbearbeitet wird.

• Spannung und Aufspannungskräfte: Die Spannkräfte müssen gleichmäßig verteilt werden; zu starkes Spannen kann dünnwandige Bereiche elastisch verformen. Nach dem Lösen federt das Teil zurück und verzerrt die bearbeiteten Flächen. Strategisch platzierte Spannpunkte sind entscheidend – ein Grundprinzip unseres Präzisionsbearbeitungsservice.