Titanlegierungen bieten zwar hervorragende technische Eigenschaften, stellen jedoch hohe Anforderungen an die Zerspanung. Aufgrund ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit und hohen chemischen Reaktivität gilt Titan als schwer zerspanbarer Werkstoff. Die bei der Bearbeitung entstehende Wärme konzentriert sich an der Werkzeugschneide. Die hohen Temperaturen begünstigen Reaktionen mit dem Sauerstoff der Umgebungsatmosphäre und führen dabei zu erhöhtem Werkzeugverschleiß und einer Oxidation des Titanwerkstücks.
Bei der Zerspanung wirken somit hohe thermische und mechanische Belastungen, die die Werkzeugstandzeit verringern und dadurch die wirtschaftliche Bearbeitung erschweren. In unserem YouTube-Video erklärt IFW-Mitarbeiter Jonas Krämer, wie die sauerstofffreie Umgebung die Effizienz und Werkzeugstandzeit beeinflussen kann.
Die Mitarbeiter des IFW untersuchen im Teilprojekt B03, wie sich der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre während des Drehens von Titan auf Spanbildung, Werkzeugverschleiß und Werkstückeigenschaften auswirkt. Dafür wurde eine spezielle Prozesskammer entwickelt, in der eine nahezu sauerstofffreie Atmosphäre mit extrem niedrigem Sauerstoffpartialdruck erzeugt werden kann. In-Situ-Messungen mittels Kraftmessplattform und Hochgeschwindigkeitskamera ermöglichen die Analyse von Kräften und Spanbildung während des Drehprozesses.
Die bisherigen Ergebnisse der Forschung zeigen deutliche Vorzüge einer sauerstofffreien Prozessatmosphäre. Oxidations- und Adhäsionsverschleiß werden reduziert, wodurch sich die Werkzeugstandzeit um bis zu 170 % erhöht. Zudem verbessern sich die Oberflächen- und Randzoneneigenschaften der bearbeiteten Titanbauteile, was auf ein Potenzial zur Steigerung ihrer funktionalen Leistungsfähigkeit hinweist.
Die gewonnenen Erkenntnisse fließen in Modelle ein, die den Werkzeugverschleiß sowie die entstehende Oberflächentopografie unter atmosphärenspezifischen Bedingungen prognostizieren. Langfristig sollen die entwickelten Modelle auf weitere Werkstoff- und Schneidstoffkombinationen übertragen werden.
Die Forschungsergebnisse leisten einen wichtigen Beitrag zum Verständnis des Einflusses des Sauerstoffgehalts in der Prozessatmosphäre bei der Zerspanung und bilden die Grundlage für die Entwicklung innovativer Fertigungsprozesse unter kontrollierten Umgebungsbedingungen. Perspektivisch soll die Prozessatmosphäre als gezielt einstellbarer Prozessparameter genutzt werden, um Werkzeugstandzeiten zu erhöhen, die Nachhaltigkeit in der Titanbearbeitung zu verbessern und die Eigenschaften der gefertigten Bauteile gezielt zu optimieren.
Kontakt:
Für weitere Informationen steht Ihnen Jonas Krämer unter der Telefonnummer +49 511 762 18234 oder per E-Mail an kraemer@ifw.uni-hannover.de gerne zur Verfügung.
