Gewinde in Titan

FKM 2012
Heft Nummer 316
Entwicklung von Hochleistungswerkzeugen zur Gewindeherstellung in Titanwerkstoffen
Vorhaben Nr. 265

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Abschlußbericht
Kurzfassung:

Aufgrund ihrer mechanischen und physikalischen Eigenschaften zählen Titan und Titanlegierungen zu den schwerzerspanbaren Werkstoffen. ln einer Vielzahl von Bauteilen aus den Bereichen Luft- und Raumfahrt, chemische Industrie, Medizintechnik, Energietechnik und Sportgerätetechnik müssen Innengewinde eingebracht werden. ln der Regel werden hierfür Gewindebohrer aus Schnellarbeitsstahl (HSS) eingesetzt. HSS-Werkzeuge weisen eine hohe Zähigkeit und damit eine große Sicherheit gegen Werkzeugbruch auf, können aufgrund ihrer geringen Warmfestigkeit jedoch nur bei niedrigen Schnittgeschwindigkeiten eingesetzt werden. Hieraus resultieren lange Fertigungszeiten und hohe Bearbeitungskosten. Ein weiteres, insbesondere in der Medizintechnik auftretendes Problem ist die Gratbildung beim Gewindefräsen in Implantaten aus Reintitan. Die meist manuell erfolgende Entfernung der Grate ist sehr zeitintensiv und kostenaufwendig.
Ziel des Forschungsprojektes war es daher, bei der Gewindefertigung in die Titanlegierung TiAI6V4 eine gegenüber dem derzeitigen Stand der Technik signifikante Steigerung der Produktivität und bei der Gewindefertigung in Reintitan eine Reduzierung der Gratbildung zu erreichen. Zur Realisierung dieser Zielsetzung wurde der Focus der Forschungsarbeiten an TiAI6V4 auf die Entwicklung eines gegenüber dem aktuellen Stand der Technik signifikant leistungsfähigeren HSS-Gewindebohrers gerichtet. Im Mittelpunkt stand hierbei die Schichtentwicklung. Ferner wurden der Einfluss der Werkzeugmikro- und -makrogeometrie sowie der von Substratvor- und Schichtnachbehandlung auf das Leistungsvermögen der Gewindebohrer untersucht. Die Forschungsarbeiten in Reintitan konzentrierten sich auf die Entwicklung einer Frässtrategie zur Reduzierung der beim Gewindefräsen entstandenen Grate.
Mit Abschluss des Forschungsprojektes steht für das Gewindebohren in TiAI6V4 ein neues Hochleistungswerkzeug zur Verfügung. Mit dem mit einem DLC-Schichtsystem beschichteten HSS-Gewindebohrer konnten gegenüber den Referenzwerkzeugen Schnittgeschwindigkeit und Standmenge mehr als verdoppelt werden. Die beim Gewindefräsen in TitanImplantate entstehende Grate können sicher durch Zirkularfräsen entfernt werden. Das manuelle Entgraten lässt sich bei der gestellten Bearbeitungsaufgabe durch die entwickelte Strategie signifikant, wenn nicht gar vollständig substituieren.
Das Ziel des Forschungsvorhabens ist erreicht worden.