Präzisionswerkzeughersteller Mapal aus Aalen bietet eine breite Palette an Werkzeugen zur Titanbearbeitung. Die Werkzeuge kommen in vielen Anwendungsfeldern zum Einsatz. Die Medizintechnik verwendet Titan aufgrund seiner Festigkeit und Verträglichkeit mit menschlichem Gewebe für Implantate. Automobilhersteller realisieren mit Titan leistungsstarke Sportwagen. Die aus Titan gefertigten Schaufeln großer Gasturbinen können enorme Kräfte aufnehmen. Und auch die Flugzeugindustrie stellt zunehmend mehr hoch beanspruchte Bauteile aus Titan her. Mapal will das Bohren und Fräsen des duktilen, hochfesten Werkstoffs produktiver gestalten und zudem damit Kosten senken.
Bisher hat sich Mapal bei der Titanbearbeitung an Flugzeugbauteilen vor allem mit anwenderspezifischen Sonderwerkzeugen in der Montage einen Namen gemacht. Laut Mapal setzen so gut wie alle großen Hersteller diese Werkzeuge sowohl in der Vormontage von Baugruppen als auch in den großen Endmontagelinien ein. Mapal will mit sehr effizienten Lösungen auch verstärkt in die Teilefertigung der Luftfahrtindustrie einsteigen. Die Hersteller wollen Kosten sparen, und Mapal sieht sich gut aufgestellt, wenn es um mehr Effizienz, Prozessverständnis oder auch um Kombinationswerkzeuge geht.
Titanbearbeitung hat Potenzial
Anspruchsvolle Bearbeitungen für Bauteile wie Scharniere etwa für Flugzeugtüren, Frachttore, Fahrwerksdeckel, Klappen oder Leitwerk gehören längst zum Repertoire der Mapal-Werkzeuge. Diese Bearbeitung ähnelt jener für eine Nockenwellenlagergasse beim Automotor. Die eingesetzten Werkzeuge sind bis zu einem Meter lang und erzeugen H7-Genauigkeit. Mapal rechnet damit, dass die Anzahl der Titanbauteile in einem Flugzeug sich weiter erhöht. Damit steigt auch der Bedarf an Werkzeugen zur rationellen Titanbearbeitung. Denn in ihren neueren Typen setzen Boeing und Airbus mehr CFK ein. Dabei dürfen die angrenzenden Strukturbauteile wie auch die Nieten aufgrund der elektrochemischen Spannungsreihe nicht mehr aus Aluminium ausgeführt werden.
Im Fokus
Prozesse auf den Prüfstand
Unter massivem Kostendruck aufgrund der Corona-Krise stellen Flugzeughersteller und Zulieferer jetzt ihre langjährigen qualifizierten Prozesse auf den Prüfstand. Vorher waren vielfach Baumuster und auch die mechanische Bearbeitung der Teile aus Sicherheitsgründen nicht mehr angetastet worden. Daher sind inzwischen zahlreiche Prozesse aus heutiger Sicht höchst ineffizient geworden. So nutzen die Hersteller teilweise zur Fertigung von Bauteilen noch HSS-Werkzeuge aus den 1980er-Jahren. Im Zuge der Neubewertung kommen auch die Prozesse zur Titanbearbeitung auf den Prüfstand.
Auch in der Produktion von Sportwagen und erst recht von Supersportwagen kommt zunehmend Titan an den entscheidenden Stellen zum Einsatz. Für Querlenker, Bremssättel oder Chassisteile, die hohen Belastungen ausgesetzt sind, verwendet die Industrie hochfeste Titanlegierungen. Hier geht es in der Titanbearbeitung oft um Passbohrungen, die Teile verbinden, wie etwa den Querlenker mit der Karosserie. Ausgangsmaterial sind meist endkonturnahe Schmiedeteile. An denen werden in Semischrupp- oder Finishbearbeitungen die Außenkontur hergestellet und die Passlager aufgebohrt und gerieben. Wie im Flugzeugbau werden auch die Bremssättel meist aus dem Vollen gefräst. Bauteile und Werkzeuge sind hier kleiner, die verlangten Toleranzen liegen aber im gleichen Bereich.
Maßgenaue Titanbearbeitung auch für die Medizintechnik
Maßgenauigkeit verlangt die Medizintechnik. Dort kommt es zudem auf hohe Oberflächengüte an. Hüftprothesen etwa benötigen einerseits eine definierte Oberflächenrauheit, um das Einwachsen in den Knochen zu begünstigen. Andererseitz braucht die Gelenkpfanne eine absolut glatte Oberfläche, um mit möglichst geringer Reibung eine lange Lebensdauer zu erreichen. Ähnliche Anforderungen stellen auch Titanimplantate in der Zahnmedizin. Stifte zur Befestigung von Zähnen werden in steigenden Stückzahlen eingesetzt. Daneben findet die Titanbearbeitung auch für externe Prothesen Verwendung. Hier kommt der Werkstoff vor allem für die beweglichen Teile künstlicher Gliedmaße zum Einsatz.
Neue Bohrer und Fräser aus Vollhartmetall und Fräser mit Wendeschneidplatten erweitern das Standardportfolio von Mapal für die Titanbearbeitung. Hohe Schnittwerte und durchdachte Wärmeabfuhr kennzeichnen alle drei Neuentwicklungen. Bei der Auslegung der Werkzeuge folgte Mapal den Anforderungen der Zielmärkte an die Titanzerspanung. Entsprechend breit ist das Spektrum an verfügbaren Durchmessern. Es fängt an bei kleinen Größen ab 3 mm, wie sie oft die Medizintechnik verlangt. Die mittleren Größen kommen in erster Linie bei Sportwagenkomponenten zum Einsatz. Und die großen Werkzeuge verwenden die Zerspaner in erster Linie im Flugzeugbau und in der Energietechnik. In Tests hat Mapal für seine Werkzeuge gegenüber Produkten von Mitbewerbern 25 bis 35 Prozent höhere Standzeiten ermittelt.
Mit dem Mega-Speed-Drill-Titan kosteneffizient und produktiv bohren
Der Fokus bei Entwicklung des Mega-Speed-Drill-Titan lag auf Kosteneffizienz mit möglichst hoher Produktivität. Ziel der Entwickler war ein Vollhartmetallbohrer, der in Titanwerkstoffen einen sehr hohen Vorschub fahren kann und damit sehr niedrige Zykluskosten erzielt. Im Gegensatz zu den Montagebereichen im Flugzeugbau, wo Anwender angesichts der schon fertigen Baugruppen auf Kühlschmierstoff ganz verzichten oder nur geringe Mengen per MMS einbringen, ist in der Teilefertigung auf Bearbeitungszentren der Einsatz von KSS möglich. So ist eine effiziente Titanbearbeitung möglich.
Mapal stattet den Bohrer mit vier Führungsfasen für optimale Rundheit aus. Um den maximalen Kühlmittelfluss an die Hauptschneide zu bringen, haben die Entwicker den Kühlmittelkanal nicht in Richtung der Spannut geöffnet, sondern leiten das Kühlmittel an der Mantelfläche entlang nach hinten. Damit erfahren die Führungsfasen die maximale Kühlung und führen die entstehende Hitze gut ab. Für die Spannut verwendet Mapal ein neues Design. Ziel ist, möglichst kleine Späne zu erzeugen und sie zudem durch die Nut abzuführen. Typische Bauteile für den Bohrer, der eine Schnittgeschwindigkeit von bis zu 40 m/min schafft, sind Strukturbauteile in der Luftfahrindustrie. So bearbeiten die Zerspaner zum Beispiel Winkel für die Wing Box oder das Landing Gear mit seinen vielen Bohrungen.
OptiMill-Titan-HPC bringt Flexibilität beim Schruppen und Schlichten
Der Schrupp-Schlicht-Fräser OptiMill-Titan-HPC ist ein vielseitig einsatzbares Werkzeug. Es ist zudem auch für kleinere Fertiger interessant, die nicht für jede Bearbeitung einen eigenen speziellen Fräser vorhalten wollen. Das Vollhartmetallwerkzeug kann sowohl Schruppbearbeitungen ausführen als auch einen Finish-Schnitt. Die gerade Schneidkante erzeugt zudem saubere Oberflächen. Sie erlaubt darüber hinaus das Schlichten bis zu einer Arbeitstiefe von 2xD. In Verbindung mit dem Mapal Mill Chuck ist eine gute Kühlmittelzufuhr über den Schaft möglich. Der Kern dieses vierschneidigen Fräsers steigt von der Schneide bis zum Schaft an und verleiht ihm so eine höhere Stabilität. Die Teilung der Spiralen ist ungleich. So bekommt der Zerspaner einen ruhigen Lauf. Die siliziumhaltige Beschichtung ist laut Mapal sehr hitzebeständig, wirkt der Adhäsionsneigung entgegen und gewährleistet außerdem einen optimalen Spanabtransport. Der OptiMill-Titan-HPC ist aus Sicht von Mapal zudem die erste Wahl zur Fertigung von Bremssätteln aus Titan für Sportwagen.
NeoMill XPKT ist der Name einer ganzen Familie von Werkzeugen mit Wendeschneidplatten für die Titanbearbeitung. Sie umfasst Walzenstirnfräser als Aufsteck- und Schaftvariante sowie zudem auch Eckfräser im Standardportfolio. Die Topographie der Wendeschneidplatte hat Mapal darüber hinaus von Grund auf neu entwickelt. So sollen sie die Späne optimal formen und zudem auch abführen. Ein ebenfalls neues Schneidstoffkonzept minimiert den Verschleiß und verhindert außerdem ein Ankleben des Titans. Die verfügbaren Eckenradien von 0,8, 2, 3 und 4 mm sind auf Strukturbauteile in der Aerospaceindustrie abgestimmt. Um Gewicht einzusparen, fräsen die Anwender hier viele Taschen, deren Endkontur sie schon beim Vorschruppen möglichst gut erreichen wollen. In der Fertigung von Leitwerkstrukturen werden etwa 90 Prozent des Materials abgetragen.
NeoMill XPKT hat Wendeschneidplattenfräser mit Biss
Die Wendeschneidplatten bietet Mapal mit zwei verschiedenen Substraten an. Eine Sorte ist temperaturfester und erlaubt so höhere Schnittgeschwindigkeiten und darüber hinaus die Bearbeitung höher vergüteten Titanmaterials. Erreicht werden Schnittgeschwindigkeiten bis 50 m/min. Für die Hochtechnologieschneiden hat Mapal auch den Werkzeugkörper neu entwickelt. Mit fließenden Formen befördern die Spannuten den Span aus der Scherzone. Das Kühlmittel wird direkt über den Fräsdorn axial zugeführt. Der ganze Fräser ist im Prinzip ein Hohlkörper mit einer großen Kammer in der Mitte, aus der das Kühlmittel zu jeder Schneide fließt. Die Kühlmittelaustritte sind variabel gestaltet. Mit dem Tausch eines Gewindestifts kann der Bediener die Durchflussmenge für jede einzelne Schneide regulieren. Die Eckfräser für Titan bietet Mapal in Durchmessern von 40 bis 125 mm ab Lager an. Die Walzenstirnfräser sind von Durchmesser 32 bis 80 mm lagerhaltig. Sonderabmessungen sind auf Anfrage ebenfalls erhältlich.