Werkzeugauswahl und Optimierung der Schnittparameter beim Hochgeschwindigkeitsfräsen von Titanlegierungen

Titanlegierungen werden aufgrund ihrer hervorragenden spezifischen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit häufig in der Luft- und Raumfahrt, in medizinischen Geräten und anderen Bereichen eingesetzt. Ihre geringe Wärmeleitfähigkeit und hohe chemische Aktivität stellen jedoch auch erhebliche Herausforderungen an die Bearbeitung. Dieser Artikel stellt systematisch Methoden zur Werkzeugauswahl und Parameteroptimierung für das Hochgeschwindigkeitsfräsen von Titanlegierungen vor.

I. Analyse der Bearbeitungsschwierigkeiten von Titanlegierungen

Die Bearbeitungsschwierigkeiten von Titanlegierungen (am Beispiel von TC4) zeigen sich hauptsächlich in den folgenden Aspekten:

• Geringe Wärmeleitfähigkeit: Die Wärme konzentriert sich in der Schnittzone und führt zu einem schnellen Temperaturanstieg des Werkzeugs

• Hohe chemische Aktivität: Neigt bei hohen Temperaturen zu chemischen Reaktionen mit dem Werkzeugmaterial

• Niedriger Elastizitätsmodul: Neigt während der Bearbeitung zu Vibrationen und Verformungen

• Starke Kaltverfestigung: Die Oberflächenhärte kann um 200%-300% zunehmen

II. Werkzeugmaterial-Auswahl

Aufgrund der Eigenschaften von Titanlegierungen werden folgende Werkzeugmaterial-Typen empfohlen:

III. Praxis der Schnittparameter-Optimierung

Auf Basis umfangreicher experimenteller Daten haben wir folgende optimierte Schnittparameterbereiche zusammengefasst:

Schruppphase:

• Schnittgeschwindigkeit: Vc=30-50 m/min

• Zahnvorschub: fz=0,08-0,15 mm/Z

• Axiale Schnitttiefe: ap=1-3 mm

• Radiale Schnittbreite: ae=0,5-1,5×D

Schlichtphase:

• Schnittgeschwindigkeit: Vc=50-80 m/min

• Zahnvorschub: fz=0,03-0,08 mm/Z

• Axiale Schnitttiefe: ap=0,2-0,5 mm

• Radiale Schnittbreite: ae=0,1-0,3×D

IV. Kühl- und Schmierstrategie

Kühlung und Schmierung müssen bei der Bearbeitung von Titanlegierungen besonders beachtet werden. Es wird empfohlen, Hochdruck-Innenkühlung (Druck ≥70 bar) in Kombination mit Minimalmengenschmierung (MQL) einzusetzen, wodurch die Schnitttemperatur effektiv gesenkt und die Umweltbelastung minimiert werden kann.