Ein Titan für Titan

In der Luft- und Raumfahrtindustrie kommen verstärkt innovative, schwer zerspanbare Werkstoffe zum Einsatz. Um sie wirtschaftlich in der geforderten Qualität zu zerspanen, muss die gesamte Prozesskette stimmen. Dank des powRgrip Hochleistungs-Werkzeugspannsystems von Rego-Fix sowie einer optimierten Frässtrategie steigerte der Triebwerkshersteller MTU die Produktivität bei der Titan-Blisk- Herstellung deutlich. So verringerten sich die Bearbeitungszeit um 42 Prozent und die Werkzeugkosten um 76 Prozent.

Insbesondere Titan beziehungsweise Verbundwerkstoffe aus Kunststoff und Kohlefasern, die mit Titanschichten „verbacken“ sind, schicken sich an, den klassischen Werkstoff Aluminium im Flugzeugbau zu verdrängen. Einen Haken hat die Sache aber: Deren Zerspanung verlangt den eingesetzten Maschinen und Werkzeugen auch angesichts der hohen thermischen und mechanischen Belastungen alles ab.

Dazu Martin Brönnimann, Leiter Produktentwicklung bei Rego-Fix: „Die perfekte Kombination aller am Prozess maßgeblich beteiligten Parameter ist die Grundlage für eine optimale Bearbeitung. Dafür gilt es, Maschine, Aufspannung des Werkstücks, Werkzeugspannsystem und Zerspanstrategie auf den Prüfstand zu stellen.“

Die komplette Analyse des Zerspanprozesses hatte auch beim führenden deutschen Triebwerkshersteller MTU Aero Engines durchschlagenden Erfolg bei der Herstellung von innovativen Titan-Blisks. Das sind integrale Rotor-Konstruktionen, bei der Scheibe und Schaufel oder Blatt (Blade + Disk = Blisk) aus einem Stück bestehen. Das macht Schaufelfüße und Scheibennuten überflüssig.

Trochoides Taumelfräsen

Um dieses komplexe Bauteil qualitativ hochwertig aber kostenoptimiert zu fertigen, setzten die MTU-Spezialisten bei der Frässtrategie und dem Werkzeugspannsystem an: Trochoides Taumelfräsen mit umlaufender Blattbearbeitung beim Vor- und Fertigfräsen spart nun gegenüber der konventionellen Bearbeitung unter anderem den vorher hohen Anteil an Stechfräs- und Schaufelzwischenraum-Schruppen ein.

Götz Lebküchner, Materials and Processes Engeneering bei MTU: „Bei der Bearbeitung dieser dünnwandigen Titan-Schaufeln kommt es darauf an, dass das Werkzeug absolut vibrationsfrei arbeitet. Nur so lässt sich überhaupt die neue Frässtrategie prozesssicher einsetzen. Das schafft nur ein Hightech-Werkzeughaltesystem.“

Schnittstelle oft wichtiger als das Werkzeug

Dazu holten sich die Triebwerksbauer den Werkzeugspannspezialisten Rego-Fix ins Boot. Die Schweizer bieten mit ihrem Spannsystem powRgrip genau die richtige Lösung an: Durch die speziellen funktionalen Grenzflächen von powRgrip zwischen Werkzeug und Spannzange sowie zwischen Spannzange und Werkzeughalter wird eine hervorragende Vibrationsdämpfung erreicht. So sorgt das powRgrip System mit Haltekräften bis über 1000 Nm dafür, dass auch bei der Bearbeitung schwer zerspanbarer Materialien das Werkzeug sicher gehalten wird. Martin Brönnimann: „Letztendlich ist die Abstimmung von powRgrip ein idealer Mix aus festem Halt und präziser, aber nicht zu starrer Spannung.“

Die 100 Prozent feingewuchteten powRgrip Werkzeugaufnahmen tragen zusätzlich zur Schwingungs- und Vibrationsdämpfung und zu höchst präzisem Werkzeug-Rundlauf bei. Durch die schlanke Bauweise können auch solch komplexe Teile problemlos gefertigt werden. Zudem kann das System mit interner Kühlmittelzuführung durch das Werkzeug oder peripher entlang des Werkzeugschaftes oder klassisch mit externer KSS-Zuführung eingesetzt werden.

Martin Brönnimann: „powRgrip behält auch bei der Zerspanung von Titan ‘die Ruhe’. So sichert das innovative Werkzeugspannsystem MTU eine Rundlaufgenauigkeit mit Abweichungen von weniger als 3 µm gemessen auf 3 x D Länge.“ Der Erfolg kann sich sehen lassen: Die Bearbeitungszeit konnte um 42 Prozent und die Werkzeugkosten um 76 Prozent gesenkt werden. Götz Lebküchner: „In Verbindung mit der innovativen Frässtrategie trägt das powRgrip-Spannfutter bei der Bliskbearbeitung maßgeblich zum Erfolg bei.“

Der Ansatz, Optimierungspotenziale aus der Betrachtung der einzelnen Komponenten im gesamten Zerspanprozess zu erschließen, hat sich bei MTU bewährt. Martin Brönnimann: „Viele Anwender setzen jedoch zum Optimieren zuerst beim Verbrauchsgut Werkzeug an, das im Schnitt jedoch nur ein Prozent des Einsparpotenzials am gesamten Zerspanprozess ausmacht. Das Werkzeughaltesystem als Schnittstelle zwischen Schneidwerkzeug und CNC-Maschine liegt leider viel seltener im Fokus der Betrachtungen, obwohl hiermit viel deutlicher die Produktivität gesteigert und Kosten gesenkt werden können, wie das Beispiel MTU eindrucksvoll zeigt.“W

www.rego-fix.com