ISF - Kryogene Zerspanung von ß-Titan: Kühlen durch CO2-Schnee

12. Januar 2012 - Dortmund Bestimmte Titanlegierungen der ß-Phase besitzen herausragende Festigkeitseigenschaften, die einen Einsatz als Konstruktionswerkstoff für hochbeanspruchte Bauteile geringer Dichte ermöglichen.

Aufgrund der mechanischen Eigenschaften bestehen allerdings erhöhte Anforderungen an den Fertigungsprozess, insbesondere an die Zerspanung, die durch einen sich schnell entwickelnden Werkzeugverschleiß charakterisiert ist. Die Wirtschaftlichkeit des Zerspanprozesses hängt von der Auswahl geeigneter Schneidstoffe und Schnittparameterdaten sowie den verwendeten Hilfsstoffen, wie etwa dem Kühlschmierstoff, ab[1].

Um eine Effizienzsteigerung bei der β-Titanzerspanung zu erzielen, untersucht das Institut für Spanende Fertigung (ISF) der TU Dortmund die Übertragbarkeit des innovativen Konzeptes der CO2 Schneestrahlkühlung auf entsprechende Bearbeitungsprozesse. Bei diesem Kühlkonzept wird flüssiges CO2 zur Wirkstelle geleitet, wo es gemäß dem Joule-Thompson-Effekt expandiert und ein Gemisch aus Trockeneis und kaltem Gas bildet. Durch die hierbei generierte Kühlwirkung ist eine signifikante Verzögerung der Entwicklung von Werkzeugverschleiß sowohl bei unbeschichteten als auch bei beschichteten Hartmetallwerkzeugen möglich. Werkstückseitig ergeben sich Qualitätsvorteile, wie etwa eine reduzierte Gratbildung sowie eine verringerte Aufhärtung der Werkstückrandzone [2,3].

In aktuellen Forschungsprojekten am ISF wird die industriereife Implementierung der kryogenen Prozesskühlung mit CO2 bei der Zerspanung von Sonderwerkstoffen untersucht. Hierbei ist der Fokus neben den technologischen Aspekten auch auf die sicherheitstechnischen und ökonomischen Anforderungen gerichtet.

[1] Biermann, D.; Machai, C.: Die Alternative zu Ti-6Al-4V: Grundlagenuntersuchungen zur Bearbeitung von β-Titanlegierungen durch Außenlängsdrehen. In: WB - Werkstatt und Betrieb, 143 (2010) 4, S. 56-58
[2] Biermann, D.; Machai, C.: Machining of β-titanium-alloy Ti–10V–2Fe–3Al under cryogenic conditions: Cooling with carbon dioxide snow. In: Journal of Materials Processing Technology, 211 (2011) 6, S. 1175-1183
[3] Biermann, D.; Machai, C.; Abrahams, H.: Machining of b-Titanium under Cryogenic Conditions: Process Cooling by CO2-Snow. Vortrag auf dem 1. WGP-Jahreskongress, Berlin, 8.-9. Juni 2011

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