Welche Parameter sind bei der Bearbeitung dünnwandiger Titanbauteile am kritischsten?

Die Bearbeitung von dünnwandigen Titanbauteilen gilt als eine der größten Herausforderungen in der Präzisionsfertigung, da die ohnehin schwierigen Materialeigenschaften von Titan durch die geringe Steifigkeit der Struktur noch verstärkt werden. Der Erfolg hängt davon ab, Parameter so zu steuern, dass Schnittkräfte minimiert, Wärmeausdehnung kontrolliert und Vibrationen gedämpft werden. Die wichtigsten Parameter wirken dabei nicht isoliert, sondern als Teil einer miteinander verbundenen Strategie.

1. Radiale Schnitttiefe (ae) und Werkzeugeingriff

Dies ist wohl der entscheidendste Parameter. Ein großer radialer Eingriff erzeugt hohe seitliche Kräfte, die die dünne Wand verformen, was zu Rattern, Maßungenauigkeiten und schlechter Oberflächenqualität führt. Die Lösung besteht in einer geringen radialen Zustellung, typischerweise **10–30 % des Werkzeugdurchmessers**. Dies lässt sich am besten mit trochoidalen oder dynamischen Fräsbahnen erreichen, die einen konstanten, niedrigen Werkzeugeingriff beibehalten. Diese Strategie, ein Kernprinzip unseres Mehrachsen-Bearbeitungsservice, ermöglicht es dem Werkzeug, die meiste Zeit im „freien“ und kühlen Schnitt zu arbeiten, wodurch die Dauerbelastung auf die Wand drastisch reduziert und die Wärme effizient abgeführt wird.

2. Werkzeugauswahl und Geometrie

Das Werkzeug selbst muss so ausgelegt sein, dass es das Material sauber schneidet und minimalen Widerstand erzeugt. Scharfe, polierte Schneidkanten mit hohem positiven Spanwinkel sind unverzichtbar. Sie reduzieren die Schnittkräfte und verhindern, dass die Wand „weggedrückt“ wird. Ein größerer Eckenradius kann helfen, die Belastung zu verteilen, muss jedoch gegen die erhöhte Kontaktfläche und Wärmeentwicklung abgewogen werden. Für die Endbearbeitung sind Werkzeuge mit kleinerem Eckenradius oder spezielle Schlichtwerkzeuge oft erforderlich.

3. Schnittparameter: Vorschub und Geschwindigkeit

Entgegen der Intuition ist ein höherer Vorschub pro Zahn häufig vorteilhaft. Ein zu geringer Vorschub verursacht Reibung, Kaltverfestigung und erzeugt Wärme, ohne effektiv Material zu entfernen. Ein ausreichend hoher Vorschub sorgt dafür, dass sich das Werkzeug im Schneid- und nicht im Reibmodus befindet, was zu einem sauberen Schnitt und besserem Spanabtransport führt. Die Schnittgeschwindigkeit (SFM) muss jedoch moderat bleiben. Hohe Geschwindigkeiten können zwar produktiv sein, erzeugen jedoch mehr Wärme, als bei dünnen Wänden abgeführt werden kann, was zu thermischer Verformung führt. Der ausgewogene Ansatz unseres Präzisionsbearbeitungsservice kombiniert eine konservative Geschwindigkeit mit einem aggressiven Vorschub, um den Materialabtrag zu maximieren und gleichzeitig Wärme und Kräfte zu kontrollieren.

4. Axiale Schnitttiefe (ap) und Bearbeitungsreihenfolge

Obwohl die axiale Schnitttiefe weniger direkte Biegewirkung hat als die radiale, erhöht eine tiefe axiale Zustellung dennoch die Gesamtschnittkraft und kann Vibrationen anregen. Eine moderate axiale Zustellung und eine symmetrische Bearbeitungsstrategie sind entscheidend. Dabei wird das Material abwechselnd auf beiden Seiten der Wand abgetragen, um Restspannungen auszugleichen, anstatt eine Seite vollständig zu bearbeiten. Ein Zwischenglühen zur Spannungsentlastung nach dem Schruppen ist oft erforderlich, um interne Spannungen zu beseitigen, bevor die empfindlichen Schlichtgänge erfolgen.

5. Werkstückspannung und Wärmemanagement

Das Werkstück muss so abgestützt werden, dass es seiner späteren Einbaulage entspricht, um Verformungen nach dem Lösen zu vermeiden. Maßgeschneiderte Vorrichtungen, Vakuumspannsysteme oder niedrigschmelzende Legierungen bieten maximale Unterstützung für dünne Strukturen. Thermisch ist eine Hochdruck-Innenkühlung unerlässlich. Sie kühlt nicht nur Schnitt und Werkzeug, sondern bricht auch Späne mechanisch auf und verhindert deren Wiederzerspanung oder Anhaften am Werkstück – eine häufige Fehlerquelle bei der Dünnwandbearbeitung in unserem Titan-CNC-Bearbeitungsservice.