Die geringe Wärmeleitfähigkeit von Titan (6,7 W/m·K – etwa 1/8 der von Stahl) führt dazu, dass die Schnittwärme an der Werkzeugspitze gestaut wird, anstatt in das Werkstück abzuleiten. Diese konzentrierte Wärme führt in Verbindung mit der HCP-Kristallstruktur von Titan zu einer Kaltverfestigung, wenn die Vorschubgeschwindigkeit zu stark absinkt oder der Bohrer stillsteht. Die Lösung ist kontraintuitiv: Halten Sie die Drehzahlen konservativ (50–230 SFM, je nach Legierung und Werkzeugmaterial), wählen Sie den Vorschub jedoch so aggressiv, dass der Bohrer stets schneidet und niemals reibt. Dieser Leitfaden enthält legierungsspezifische Bohrparameter, Spezifikationen zur Bohrergeometrie mit Hinweisen zur Beschichtung, Anforderungen an den Kühlmitteldruck, Strategien für das Stanzbohren sowie eine Tabelle zur Fehlerbehebung – alle Informationen stammen von Carpenter Technology, Kennametal, Sandvik, Guhring und aus begutachteten Forschungsarbeiten aus der Fertigungstechnik.
Warum Titan eines der am schwersten zu bohrenden Metalle ist
Die Herausforderung beim Bohren in Titan lässt sich auf eine einzige Zahl reduzieren: 6,7 W/m-K. Das ist die Wärmeleitfähigkeit von Ti-6Al-4V, der gängigsten Legierung in der Luft- und Raumfahrt. Zum Vergleich: Kohlenstoffstahl leitet Wärme mit etwa 50 W/m·K, Aluminium 6061-T6 mit 167 W/m·K.
Beim Bohren von Aluminium fließt der Großteil der an der Schneide entstehenden Wärme in den Span und das Werkstück. Beim Bohren von Titan verschiebt sich dieses Verhältnis drastisch. Eine an der Kansas State University zusammengestellte Untersuchung, die sich auf mehrere Bohrstudien stützt, ergab, dass Etwa 60% oder mehr der beim Bohren von Titan entstehenden Wärme wird vom Schneidwerkzeug absorbiert. — im Vergleich zu etwa 15% beim Bohren in Stahl. Der Span leitet die Wärme nur sehr langsam ab; das Werkstück nimmt fast keine Wärme auf. Alles konzentriert sich auf die Schnittstelle zwischen Werkzeug, Span und Werkstück.
Die Folge ist vorhersehbar: Selbst bei moderaten Schnittgeschwindigkeiten können die Schnittstellentemperaturen beim Bohren von Ti-6Al-4V folgende Werte überschreiten 900 °C (IntechOpen, Kapitel 32761 – eine begutachtete Zusammenfassung der Forschungsergebnisse zur Zerspanbarkeit von Titan). Bei diesen Temperaturen treten drei negative Effekte gleichzeitig auf:
- Diffusionsverschleiß — Titanatome wandern in das Kobaltbindemittel Ihres WC-Co-Hartmetalls ein und lösen dabei die Bindungsmatrix an der Schneidkante auf.
- Aufgebaute Kante (BUE) — Titan, das eine starke chemische Affinität zu vielen Werkzeugwerkstoffen aufweist, beginnt, sich mit der Schneide zu verbinden. Wenn sich dieser Werkstoff ablöst, reißt er Material von der Schneide mit.
- Kaltverfestigung der oberflächennahen Schicht — Die extreme thermische Belastung des Materials unmittelbar unterhalb der Schneide führt zu einer Kaltverfestigung der HCP-Kristallstruktur von Titan.
Dieser dritte Mechanismus bedarf einer näheren Erläuterung, da er es ist, der Maschinenbediener unvorbereitet trifft.
Die Alpha-Phase von Titan weist eine hexagonal dicht gepackte (HCP) Kristallstruktur auf. Im Gegensatz zu FCC-Metallen (Aluminium, Kupfer) oder BCC-Metallen (die meisten Stähle) verfügt die HCP-Struktur über weniger aktive Gleitsysteme – also kristallographische Ebenen, entlang derer Versetzungen wandern können, um Spannungen abzubauen. Wenn die Schneidkante das oberflächennahe Material plastisch verformt, stauen sich diese Versetzungen an, anstatt frei zu gleiten, wodurch sich die Oberflächenschicht zunehmend verfestigt. Je härter diese Schicht wird, desto mehr Kraft ist erforderlich, um sie zu schneiden – was wiederum mehr Wärme erzeugt, wodurch sie sich weiter verfestigt.
Das praktische Ergebnis: Titanbohrer, die im Bohrloch verharren, reiben oder mit unzureichender Vorschubgeschwindigkeit laufen, erzeugen am Bohrlochgrund eine zunehmend härtere Zone., und bei den folgenden Durchgängen wird eine immer härtere Oberfläche bearbeitet. Bohrer brechen. Die Bohrlöcher fallen zu groß aus. Reibahlen fangen an zu flattern.
Nichts davon ist unvermeidlich. Es hängt ganz davon ab, wie man es aufschneidet.
Kaltverfestigung beim Bohren von Titan: Ursachen, Erkennung und Vorbeugung
Die Verfestigung bei der Bearbeitung von Titan ist kein Materialfehler – sie ist das Ergebnis des Bearbeitungsprozesses. Jeder Zerspaner, mit dem ich gesprochen habe und der damit zu kämpfen hat, macht mindestens einen von drei Fehlern: Er wählt einen zu langsamen Vorschub, verwendet einen G83-Peck-Zyklus, ohne die Verweilzeit auf Null zu setzen, oder lässt einen abgenutzten Bohrer zu lange im Schnitt verbleiben.
Die drei Ursachen
Ursache 1: Unzureichender Vorschub (Reiben statt Schneiden)
Jeder Bohrer hat eine Mindestspanabnahme, unterhalb derer die Schneidkante nicht mehr schneidet, sondern zu reiben beginnt. Bei Titan erzeugt dieses Reiben Wärme, ohne dass Material abgetragen wird – genau die Bedingungen für eine Oberflächenhärtung. Der Bearbeitungsleitfaden von Carpenter Technology für kommerziell reines Titan bringt es auf den Punkt: “Es ist wichtig zu vermeiden, dass der Bohrer über die Titanoberfläche gleitet, da die daraus resultierende Kaltverfestigung es erschwert, den Schnitt wiederherzustellen.”
Aus diesem Grund gilt der Standardratschlag “Langsam vorgehen” nur für die Schnittgeschwindigkeit – nicht für den Vorschub. Der Vorschub muss hoch genug sein, damit die Schneide stets in frisches Material eingreift., ohne den vorherigen Durchgang zu polieren.
Ursache 2: Verharren am Tiefpunkt der Peck-Zyklen
Standard-CNC-Zyklen für das Peck-Bohren (G83 in den meisten Steuerungsdialekten) enthalten einen optionalen Verweilparameter (P-Wort), der das Werkzeug am Boden jedes Pecks vor dem Zurückfahren anhält. Diese Pause hat bei Titan katastrophale Folgen. Bei einer Vorschubgeschwindigkeit von Null berührt der rotierende Bohrer den Bohrungsboden so lange, wie die Verweilzeit dauert – Reibung, keine Späne, nur Wärme. Wenn der nächste Peck-Vorgang einsetzt, schneidet er in eine gehärtete Oberfläche.
Die Lösung besteht darin, bei G83 keine Verweilzeit einzustellen (P=0 einstellen oder das P-Wort weglassen) oder auf einen Spanabtragzyklus umzuschalten (G73 bei den meisten Fanuc-kompatiblen Steuerungen), der einen kurzen Rückzug anstelle eines Rückzugs auf vollen Sicherheitsabstand durchführt. Mehr dazu im Abschnitt zum Peck-Bohren.
Ursache 3: Werkzeugverschleiß über die Nutzungsdauer hinaus
Eine stumpfe Schneide lenkt das Material ab und reibt daran, bevor sie es schneidet. Sobald der Flankenverschleiß etwa 0,3 mm überschreitet (der häufig genannte Schwellenwert für den Werkzeugwechsel bei Titan), erzeugt der Bohrer bei jeder Umdrehung mehr Wärme, als er abführt. Die meisten Betriebe machen diese Erfahrung auf die harte Tour: Die ersten 40 Bohrungen sind in Ordnung, die letzten 10 sind kaltverfestigt und überdimensioniert.
So erkennen Sie die Kaltverfestigung
Man braucht kein Härtemessgerät, um eine sich abzeichnende Kaltverfestigung zu erkennen. An der Maschine sind folgende Anzeichen zu beobachten:
- Plötzlicher Anstieg der Spindelbelastung in der Mitte des Lochs am selben Werkstück – der Bohrer schneidet nun in härteres Material als zu Beginn
- Verfärbung des Bohrers — Eine blau-goldene Wärmeverfärbung an den Bohrrillen deutet auf eine Wärmeentwicklung hin, die im nächsten Zyklus zu einer Kaltverfestigung führen wird.
- Überdimensionierte Löcher — Die thermische Ausdehnung eines wärmegesättigten Bohrers in Verbindung mit einer härteren Bohrlochwand führt dazu, dass der Durchmesser über den Nennwert hinausgeht. Die wissenschaftliche Studie von Celik (2014, „Materials and Technology“) hat dies bei allen HSS-Bohrerkonfigurationen in Ti-6Al-4V durchgängig nachgewiesen.
- Die Reibahle rattert oder klemmt — Wenn bei einer Reibbohrung im Schlichtdurchgang ein Rattern auftritt, ist die Bohrung wahrscheinlich kaltverfestigt.
- Spitzenwerte beim Anziehdrehmoment — Bei kaltverfestigtem Titan ist zum Gewindeschneiden ein deutlich höheres Drehmoment erforderlich
Prävention: Die drei Regeln
- Der Vorschub sollte aggressiv genug sein, um Späne zu erzeugen, kein Staub oder Pulver – die Späne sollten kurz und gewellt sein, nicht pulverförmig (Pulver deutet auf Reibung hin)
- Alle Verweilzeiten beseitigen an der Bohrerspitze – im Peck-Zyklus, beim Werkzeugwechsel und insbesondere beim Anhalten der Spindel, wenn der Bohrer mit Titan in Kontakt steht
- Wechseln Sie den Bohrer, bevor er stumpf wird. — Bei Titan führt ein Bohrer, dessen Flankenverschleiß 0,3 mm erreicht hat, fast schon zu einer Kaltverfestigung. Kürzere Intervalle für den Werkzeugwechsel verhindern dies.
Bohrgeschwindigkeiten und Vorschübe für Titan nach Legierung
Dies ist die Tabelle, die es an keiner anderen Stelle in vollständiger Form gibt. Die folgenden Parameter stammen aus den Datenblättern von Carpenter Technology (CP Grade 4 und Ti-6Al-4V ELI), dem Kennametal KSEM-Katalog (Materialgruppe ISO S), dem Materialdatenblatt von Machining Doctor für Ti-6Al-4V sowie dem HonTitan-Bearbeitungsleitfaden für Grade 9. Verwenden Sie diese als Ausgangspunkt – Ihre tatsächlich optimalen Parameter variieren je nach Maschinensteifigkeit, Kühlmitteldruck, Bohrergeometrie und dem Verhältnis von Bohrlochtiefe zu Bohrlochdurchmesser.
Tabelle der Bohrparameter nach Legierung
| Legierung | Klasse / Spezifikation | Werkzeug Material | Schnittgeschwindigkeit (SFM) | Schnittgeschwindigkeit (m/min) | Vorschubgeschwindigkeit (IPR) | Vorschubgeschwindigkeit (mm/Umdrehung) | Bearbeitbarkeit |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CP-Titan der Güteklasse 1–2 | ASTM B265 Gr. 1/2 | HSS (M-7, M-10) | 50–80 | 15–24 | 0,002–0,005 | 0,05–0,13 | Gr. 1: ~46%; Gr. 2: ~40% |
| CP-Titan der Güteklasse 1–2 | ASTM B265 Gr. 1/2 | Hartmetall (C-2) | 80–130 | 24–40 | 0,003–0,006 | 0,08–0,15 | Gr. 1: ~46%; Gr. 2: ~40% |
| CP-Titan der Güteklasse 3–4 | ASTM B265, Klasse 3/4 | HSS (M-7, M-10) | 40–55 | 12–17 | 0,002–0,012* | 0,05–0,30* | Gr. 3: ~35%; Gr. 4: ~28% |
| CP-Titan der Güteklasse 3–4 | ASTM B265, Klasse 3/4 | Hartmetall (C-2) | 60–100 | 18–30 | 0,003–0,008 | 0,08–0,20 | Gr. 3: ~35%; Gr. 4: ~28% |
| Ti-3Al-2,5V | 9. Klasse / AMS 4943 | Hartmetall | 100–200 | 30–60 | 0,002–0,006 | 0,05–0,15 | ~28% |
| Ti-6Al-4V | 5. Klasse / AMS 4928 | HSS (T-15, M-42) | 30–35 geglüht; 25–30 gealtert | 9–11 | 0,003–0,012* | 0,08–0,30* | ~20% |
| Ti-6Al-4V | 5. Klasse / AMS 4928 | Vollhartmetall | 160–230 | 50–70 | 0,004–0,010 | 0,10–0,25 | ~20% |
| Ti-6Al-4V ELI | Güteklasse 23 / AMS 4956 | Vollhartmetall | 160–230 | 50–70 | 0,003–0,010 | 0,08–0,25 | ~22–24% |
| Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo | Ti-6242 | Vollhartmetall | 98–164 | 30–50 | 0,003–0,007 | 0,08–0,18 | ~24% |
| Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr | Ti-5553 (Near-Beta) | Vollhartmetall | 65–115 | 20–35 | 0,002–0,005 | 0,05–0,13 | ~15% |
*Vorschubgeschwindigkeit beim HSS-Bohren von CP Grade 4 und Ti-6Al-4V ist laut Carpenter Technology durchmesserabhängig: 0,001–0,002 IPR für 1/16″–1/8″; 0,004–0,010 IPR für 1/4″–1″; 0,012–0,025 IPR für 1-1/2″–2″. Die Vorschubgeschwindigkeit skaliert mit dem Bohrerdurchmesser, um eine angemessene Spanbelastung aufrechtzuerhalten.
So lesen Sie diese Tabelle
Ein paar wichtige Hinweise, bevor Sie diese Zahlen in Ihr Steuerungssystem eingeben:
Die 10%-Geschwindigkeitsregel. Bei der Bearbeitung von Titan führt eine Geschwindigkeitserhöhung über den empfohlenen Bereich hinaus aufgrund der steilen Taylor-Kurve zu einer Verkürzung der Standzeit um 30–50%. Wenn Sie sich am oberen Ende des Bereichs befinden und eine kurze Standzeit feststellen, sollten Sie die Geschwindigkeit um 10–15% senken, bevor Sie andere Parameter anpassen.
Die unteren Grenzwerte für den Vorschub sind wichtiger als die oberen. Die untere Grenze des Vorschubbereichs ist die Gefahrenzone, nicht die obere. Wenn Sie mit 0,002 IPR arbeiten, obwohl Ihr Bohrerdurchmesser 0,005 IPR erfordert, kommt es zu einer Kaltverfestigung. Im Zweifelsfall sollten Sie sich eher am oberen Ende des Vorschubbereichs orientieren – so erzielen Sie eine längere Standzeit des Werkzeugs, nicht eine kürzere.
HSS vs. Hartmetall – Gewinnschwelle. Für Anwendungen in Lohnfertigungsbetrieben, bei denen pro Durchlauf weniger als 20–30 Bohrungen anfallen, sind HSS- oder Kobalt-HSS-Bohrer kostengünstig und unempfindlich gegenüber Schwankungen in der Maschinensteifigkeit. Bei Serien mit mehr als 50 Bohrungen macht sich der Geschwindigkeitsvorteil von Hartmetall (3–5× schneller als HSS) schnell bezahlt, und Hartmetallbohrer mit Innenkühlung sorgen für gleichmäßigere Bohrungen. Die oben genannten HSS-Geschwindigkeiten sind dem Bearbeitungsleitfaden von Carpenter Technology entnommen – wenn Ihr HSS diese Geschwindigkeiten ohne Rattern erreicht, ist Ihre Einstellung korrekt.
Eine Überraschung in der 9. Klasse. Ti-3Al-2,5V (Güteklasse 9) lässt sich bei gleichen Einstellparametern schneller bearbeiten als 15–20%. Die Wärmeleitfähigkeit ist etwas höher (8,3 W/m·K gegenüber 6,7 W/m·K bei Grade 5), und die Mikrostruktur ist etwas besser zerspanbar (Zerspanbarkeitswert von ~28% gegenüber ~20% im Vergleich zum Referenzwert für Automatenstahl). Viele Betriebe verwenden standardmäßig die Parameter für die Güteklasse 5 für alle Titanlegierungen – dadurch wird Produktivität verschenkt, wenn Rohre und Hydraulikarmaturen der Güteklasse 9 bearbeitet werden, wie sie in der Luftfahrt üblich sind.
Bohrergeometrie, die bei Titan tatsächlich funktioniert
Titan bestraft eine falsche Geometrie stärker als fast jedes andere Material. Ein Spitzenwinkel, der bei Stahl problemlos funktionieren würde, führt bei Titan zu einem „Wandern“ des Bohrers und zu Kaltverfestigung. So sollte die Geometrie aussehen – und hier ist der Grund dafür.
Tabelle mit geometrischen Angaben
| Parameter | Empfohlener Bereich | Anmerkungen |
|---|---|---|
| Spitzenwinkel | 130°–140° | Gespaltene Spitze oder im Steg ausgedünnt; Meißelkante abschrägen, um den Schub zu minimieren |
| Steigungswinkel | 28°–35° | Hohe Steigung (35°+) für Bohrungen, die tiefer als 3×D sind |
| Primäre Entlastung (Entlastung) | 10°–14° | Kritisch – unzureichender Abstand führt zu Reibung an der kaltverfestigten Wand |
| Sekundäre Freigabe | 15°–20° | — |
| Neigungswinkel | 10°–15° für die Schlichtbearbeitung; 5°–10° für die Schruppbearbeitung | Ein positiver Spanwinkel verringert die Schnittkraft und die Wärmeentwicklung |
| Meißelkante | Ausgedünnt / gespaltene Spitze | Die Standard-Meißelkante erzeugt eine übermäßige Schubkraft; verhindert die Selbstzentrierung |
Spitzenwinkel: Die Bohrnorm NAS 907 (die beim Bohren von Titan in der Luft- und Raumfahrt Anwendung findet und im DTIC-Bericht AD0620508 dokumentiert ist) legt 118° ± 5° für tragbare Handbohrmaschinen und 133°–135° für CNC-Anwendungen mit festem Vorschub fest. In der modernen Fertigungspraxis hat sich für das CNC-Bohren von Titanlegierungen mit einer gespaltenen Spitze oder einer Stegausdünnung weitgehend ein Winkel von 130°–140° durchgesetzt. Der größere Spitzenwinkel verringert die axiale Schubkraft, die versucht, den Bohrer aus dem Spannfutter zu drücken, und die gespaltene Spitze beseitigt die tote Meißelzone, die in der Mitte des Bohrers Wärme erzeugt, ohne zu schneiden.
Schraubenwinkel: Eine Spiralwinkel von 28°–35° ist der Produktionsstandard. Größere Spiralwinkel (35°+) verbessern den Spanabtransport bei tiefen Bohrungen, indem sie die Spiralsteigung erhöhen und die Strecke verkürzen, die die Späne in der Spiralnut zurücklegen müssen. Bei Bohrtiefen von mehr als 3×D in Titan sollten Sie auf eine parabolische Spiralnut oder eine Ausführung mit hoher Spiralsteigung umsteigen – diese reduzieren die Spanansammlung, die zu Bohrerbrüchen führt, erheblich. Der DTIC-Bericht zum Bohren in Titan schreibt für Titanbohrer für Standardanwendungen eine Spiralneigung von 29° vor; die meisten modernen Hartmetallbohrer liegen im Bereich von 30° bis 35°.
Auslaufwinkel: Dies ist der Parameter, der am häufigsten zu niedrig angesetzt wird. Der Freiwinkel muss groß genug sein, damit die Flanke des Bohrers nicht an der kaltverfestigten Bohrungswand reibt. Bei zu geringem Freiwinkel (unter 8°) poliert der Bohrer das Loch, anstatt es zu schneiden – dabei entsteht Wärme, es kommt zu Vibrationen und die Wand wird zunehmend gehärtet. Die DTIC-Spezifikation schreibt für NAS 907-Bohrer der Typen C und B einen Primärfreistellwinkel von 10°–14° vor; alles unter 10° führt bei Titan zu Problemen.
Beschichtung: Warum TiN für Titan die falsche Wahl ist
Dieser Punkt verdient einen eigenen Abschnitt, da TiN-beschichtete Bohrer in Werkstätten, die noch nichts anderes gehört haben, nach wie vor verkauft und für die Bearbeitung von Titanwerkstücken verwendet werden.
TiN (Titannitrid) ist für das Bohren von Titanwerkstücken nicht geeignet. Zwei Gründe:
- Chemische Affinität: Das Titan in der TiN-Beschichtung weist eine starke chemische Bindungsaffinität zum Titan-Werkstück auf. Bei den hohen Temperaturen, die beim Bohren in Titan auftreten (über 900 °C an der Grenzfläche), führt die Haftung von Titan an Titan dazu, dass sich die Beschichtung mit dem Werkstückmaterial verbindet, wodurch Beschichtungsfragmente von der Bohrfläche abgerissen werden und der Verschleiß beschleunigt wird. Dies ist derselbe Mechanismus wie beim Aufbaukantenverschleiß, jedoch auf Ebene der Beschichtungsschicht.
- Thermische Stabilität: TiN oxidiert bei etwa 550 °C. Die Schnittstelle beim Bohren mit Ti-6Al-4V überschreitet regelmäßig 900 °C. Oberhalb seiner Oxidationstemperatur zersetzt sich TiN, anstatt das Substrat zu schützen. Sie verwenden eine Beschichtung, die bereits bei 60% der Temperatur versagt, der sie eigentlich standhalten müsste.
Die richtigen Beschichtungsoptionen
| Beschichtung | Oxidationstemperatur | Härte (HV) | Anmerkungen |
|---|---|---|---|
| TiN | ~550 °C | ~2,300 | Nicht auf Titanwerkstücken anwenden |
| TiAlN | ~700 °C | 2,800-3,300 | Bildet eine thermische Barriereschicht aus Al₂O₃; die am häufigsten verwendete Beschichtung bei der Titanherstellung |
| AlTiN | ~800–900 °C | 4.000–4.500 | Höheres Al:Ti-Verhältnis = bessere Wärmebarriere; bevorzugt bei aggressiven Zerspanungen und höheren Schnittgeschwindigkeiten |
| Unbeschichtetes Hartmetall | K.A. | — | Scharfe, dünne Schneide; bevorzugt bei niedrigen Geschwindigkeiten (<50 m/min); Sandvik empfiehlt die unbeschichtete Sorte H13A für Titan-Stapel |
In der Praxis: TiAlN ist die bewährte Beschichtung für die Bohrbearbeitung von Titan – sie wird von Kennametal, Guhring und Sandvik für ihre titanspezifischen Bohrersortimente verwendet. AlTiN ist im oberen Bereich des Hartmetall-Geschwindigkeitsspektrums (200+ SFM) sinnvoll, wo die zusätzliche thermische Stabilität zu einer messbaren Verlängerung der Standzeit führt. Unbeschichtetes Hartmetall übertrifft beschichtete Werkzeuge gelegentlich bei sehr niedrigen Schnittgeschwindigkeiten, da die schärfere Schneidkante (keine Beschichtungsdicke an der Kante) die zum Einleiten des Schnitts erforderliche Kraft reduziert – Sandvik empfiehlt seine unbeschichtete Sorte H13A speziell für Titan-CFK-Verbundwerkstoffe.
Kühlmittelstrategie für das Bohren von Titan
Der Punkt, bei dem die meisten Betriebe bei der Kühlflüssigkeit für Titan einen Fehler machen, ist nicht die Art der Flüssigkeit, sondern der Druck. Die meisten Universal-Bearbeitungszentren fördern die Kühlflüssigkeit mit einem Druck von 150–400 PSI. Dieser Bereich ist für Aluminium und Stahl ausreichend, reicht für Titan jedoch bei Schnittgeschwindigkeiten über etwa 100 SFM nicht aus.
Die 1.000-PSI-Schwelle
An der Schnittstelle beim Bohren von Titan steigen die Temperaturen selbst bei moderaten Schnittgeschwindigkeiten regelmäßig auf über 500 °C. Bei diesen Temperaturen verdampft das Kühlmittel, sobald es die Schnittzone erreicht – und bildet so eine Dampfbarriere, die verhindert, dass flüssiges Kühlmittel mit dem Werkzeug oder dem Werkstück in Kontakt kommt. Dieser Dampfmantel isoliert die Schneidkante vom Kühlmittel genauso wirksam wie das Fehlen jeglichen Kühlmittels.
Das CTE Magazine dokumentierte die physikalische Schwelle: ungefähr 1.000 PSI (70 bar) Es ist ein bestimmter Kühlmitteldruck erforderlich, um den Dampfschleier an der Schnittstelle zu durchdringen und einen Flüssigkeitskontakt mit der Schnittzone herzustellen. Unterhalb dieses Schwellenwerts wird das Kühlmittel so zugeführt, dass es verdampft, bevor es die Bohrerspitze berührt.
Der technische Bohrleitfaden von Sandvik Coromant empfiehlt “hohen Druck bis zu 70 bar (~1.015 PSI)” als Standardvorgabe für das Bohren von Titan und HRSA. Das CoroDrill 860-System des Unternehmens ist für 80 bar (1.160 PSI) ausgelegt. Das ist keine Marketingrhetorik – es handelt sich um eine physikalische Anforderung.
Was das in der Praxis bedeutet:
- Betriebe, die ein Standard-CNC-Bearbeitungszentrum ohne Hochdruck-Kühlmittelsystem (HPU) einsetzen, sind bei der Bearbeitung von Titan auf flachere Bohrungen und niedrigere Schnittgeschwindigkeiten beschränkt.
- Bei Bohrungen bis zu 2×D bei 100–150 SFM kann eine Kühlmittelzufuhr mit 400–600 PSI funktionieren, sofern der Strahl genau auf den Spiralkanaleintritt gerichtet ist.
- Bei Bohrungen mit einer Tiefe von 3×D und mehr oder Schnittgeschwindigkeiten über 150 SFM ist eine Hochdruck-Kühlmittelzufuhr durch das Werkzeug (800–1.000+ PSI) unverzichtbar
Durchflusskühlung vs. Flutkühlung
| Lieferart | Angemessene Tiefe | Druck | Anmerkungen |
|---|---|---|---|
| Kühlmittelzufuhr (extern) | Bis zu 2×D | Mindestens 400–600 PSI | Die Späne müssen allein durch die Geometrie abgeführt werden; geeignet für kurze Bohrungen |
| Kühlmittelzufuhr durch das Werkzeug | 3×D und darüber hinaus | 800–1.000+ PSI | Die erste Wahl für alle Titanbohrarbeiten in der Fertigung; führt das Kühlmittel direkt zur Schneidkante |
| Trockenbohren | Niemals | — | Nicht empfohlen für Titanlegierungen jeglicher Art und in jeder Tiefe; Sandvik weist ausdrücklich darauf hin: “Niemals empfohlen für ISO-S-Werkstoffe.” |
Chemie von Kühlmitteln: Das Chlorproblem
Das sind die Tipps, die fast niemand veröffentlicht. Chlorierte Schneidflüssigkeiten dürfen nicht bei der Bearbeitung von Titan verwendet werden. Chlorhaltige Extremdruckadditive (EP-Additive) – die häufig in älteren sulfochlorierten Schneidölen enthalten sind – verursachen Spannungsrisskorrosion (SCC) in Titanlegierungen, insbesondere bei Bauteilen, die im Betrieb Belastungen ausgesetzt sind. Dies ist besonders kritisch bei Titan für Strukturbauteile in der Luft- und Raumfahrt (Ti-6Al-4V, Ti-6242), bei denen ein während der Bearbeitung entstandener mikroskopisch kleiner SCC-Riss unter Betriebsbelastung weiterwachsen kann.
Die zugelassenen Kühlmittelkategorien für das Bohren von Titan:
- Halbsynthetische und synthetische wasserlösliche Flüssigkeiten (10%+-Konzentration) – Die meisten modernen Allzweck-Kühlmittel sind chlorfrei und unbedenklich.
- Schwefelhaltige Fettschneidöle (nicht sulfochloriert) – für das Bohren bei niedriger Drehzahl mit HSS
- Reine Öle ohne chlorhaltige EP-Additive — Überprüfen Sie das Sicherheitsdatenblatt (SDS) bzw. das technische Datenblatt (TDS) Ihres Kühlmittel-Lieferanten.
Überprüfen Sie das Datenblatt Ihres Kühlmittelherstellers auf den Hinweis “chlorfrei” oder sehen Sie im Abschnitt über EP-Additive nach. Wenn dort “chlorierte EP-Additive” oder “chloriertes Paraffin” aufgeführt sind, verwenden Sie das Produkt nicht für Titan.
Peck-Bohren in Titan: G83 vs. G73 und Strategie der schrittweisen Vertiefung
Beim Peck-Bohren in Titan ist eine Verweilzeit am Bohrgrund bei Bohrungen, die tiefer als etwa 2×D sind, zwingend erforderlich – doch die Standardmethode, die bei Stahl problemlos funktioniert, führt bei Titan zu erheblichen Problemen. Das Problem ist die Verweilzeit am Bohrgrund bei jedem Peck-Schritt.
Das G83-Dwell-Problem
G83 (Tiefloch-Peck-Bohrzyklus, vollständiger Rückzug) ist der Standardzyklus bei den meisten Fanuc-kompatiblen CNC-Steuerungen. Der Zyklus enthält ein optionales P-Wort (Verweilzeit in Millisekunden in der Peck-Tiefe). Viele Programmierer lassen eine Verweilzeit stehen – manchmal aus einem Stahlprogramm übernommen, manchmal, weil “es beim Abtransport der Späne hilft”.”
Bei Titan ist diese Verweilzeit völlig falsch. Bei einer Vorschubgeschwindigkeit von Null berührt der rotierende Bohrer für die Dauer der Verweilzeit die Werkstückoberfläche – es kommt zu Reibung, es entstehen keine Späne, es entsteht reine Wärme. Bis sich der Bohrer zurückzieht und wieder einrastet, hat die Verfestigung an der Unterseite des Bohrers bereits begonnen. Der nächste Schlag trifft auf eine härtere Oberfläche als das ursprüngliche Material.
Behebung des Problems G83: Setzen Sie P=0 (Null-Verweilzeit) oder lassen Sie das P-Wort in Ihrem G83-Zyklus einfach weg. Der Rückzug und das erneute Einrasten sollten sofort erfolgen.
G73: Spanbruchzyklus (empfohlen für Titan)
G73 (spanbrechendes Hochgeschwindigkeits-Peck) führt bei jeder Peck-Tiefe einen sehr kurzen Rückzug durch – der Abstand wird durch den Maschinenparameter (Fanuc-Parameter 5114) festgelegt, typischerweise 0,1–0,5 mm, anstatt eines vollständigen Freiräumungsrückzugs. Dadurch werden die Späne abgebrochen, ohne dass sie vollständig aus der Bohrung entfernt werden – schneller als bei G83, und vor allem gibt es keine Verweilzeit in der Einstichtiefe. Das Werkzeug greift sofort wieder ein.
Bei Bohrungen bis zu 8×D in Titan wird G73 im Allgemeinen gegenüber G83 bevorzugt. Bei sehr tiefen Bohrungen (10×D+), bei denen zur Spanabfuhr ein vollständiger Rückzug erforderlich ist, verwenden Sie G83 mit P=0 und nutzen Sie die Durchflusskühlung zum Ausspülen der Späne.
Tabelle der progressiven Peck-Tiefe
| Peck # | Tiefenzuwachs | Anmerkungen |
|---|---|---|
| Der erste Kuss | 1× Bohrerdurchmesser | Voller Durchmesser zur Bildung der Spanrille |
| Pecks 2–5 | 0,5× Bohrerdurchmesser | Die Spanbelastung aufrechterhalten, ohne dass sich Wärme staut |
| Pecks in der Nähe des Bodens | 0,25 × Bohrerdurchmesser | Konservative Tiefe bei steigendem Durchbruchrisiko |
| Jeder Peck | 0 Verweilzeit | Bleib niemals in der Peck-Tiefe |
Anbohrtiefe beim Peck-Bohren: Die meisten Anwendungen beginnen mit einem Peck-Zyklus bei 2×D in Titan. Bei sehr aggressiven Hartmetall-Werkzeugen mit hervorragender Kühlmittelzufuhr arbeiten einige Betriebe bis zu 3×D, bevor sie auf Peck-Zyklen umschalten – 2×D ist jedoch der sichere Ausgangspunkt.
Prüfung des Aussehens des Chips: Beobachten Sie bei jedem Rückzugszyklus an der ersten Bohrung einer neuen Aufspannung die Späne. Titanspäne sollten kurze, gewellte Bändchen (2–4 mm) sein, die durch die Hitzeeinwirkung leicht bläulich gefärbt sind. Pulver oder Staub deuten darauf hin, dass Sie eher reiben als schneiden. Lange, fadenförmige Späne bedeuten, dass Ihr Vorschub im Verhältnis zur Drehzahl zu gering ist – erhöhen Sie den Vorschub.
Behebung häufiger Probleme beim Bohren in Titan
Wenn beim Bohren von Titan Probleme auftreten, lassen sich die Symptome fast immer auf eine von fünf Hauptursachen zurückführen: zu hohe Drehzahl, zu geringer Vorschub, unzureichende Kühlmittelzufuhr, falsche Werkzeuggeometrie oder verschlissenes Werkzeug. Diese Tabelle behandelt die häufigsten Szenarien in der Fertigung.
| Symptom | Wahrscheinliche Ursache | Korrekturmaßnahme |
|---|---|---|
| Der Bohrer bricht mitten im Bohrloch | Zu geringer Vorschub (Reiben statt Schneiden); Spanstau; kaltverfestigte Oberfläche durch den vorherigen Durchgang | Vorschub erhöhen; Einstichtiefe prüfen; Verweildauer = 0 überprüfen; Bohrer vor dem erneuten Einfahren in die Bohrung auf Verschleiß prüfen |
| Die Bohrungen sind durchweg zu groß | Wärmeausdehnung des Bohrers; die durch Kaltverformung gehärtete Wand drückt den Bohrer nach außen | Schneidgeschwindigkeit um 10–15% verringern; Kühlmitteldruck erhöhen; Bohrer früher austauschen |
| Kurze Standzeit (unter den Erwartungen) | Drehzahl zu hoch; Kühlmitteldruck zu niedrig; falsche Beschichtung (TiN) | SFM anhand der Legierungstabelle überprüfen; Durchkühlung bei 800+ PSI bestätigen; auf TiAlN- oder AlTiN-Beschichtung umstellen |
| Blau-schwarze Färbung an den Bohrrillen | Wärmeentwicklung – zu hohe Temperatur an der Schnittstelle | Schnittgeschwindigkeit verringern; Kühlmitteldruck erhöhen; Peck-Intervall verkürzen |
| Vibrationen beim Bohren | Unzureichender Vorschub (Bohrer springt statt zu schneiden); mangelnde Spannsteifigkeit | Vorschub erhöhen; sicherstellen, dass das Werkstück fest eingespannt ist; Rundlauf der Bohrspitze prüfen (max. 0,002″ TIR bei Titan) |
| Aufbau an der Bohrerspitze (BUE) | TiN-Beschichtung (chemische Affinität); zu hohe Drehzahl; abgenutzte Kante | Beschichtung auf TiAlN/AlTiN umstellen oder unbeschichtetes Hartmetall verwenden; Schnittgeschwindigkeit überprüfen; Bohrer austauschen |
| Die Reibahle vibriert nach dem Bohren | Durch Bohren kaltverfestigte Bohrung | Ursachenanalyse des Bohrvorgangs: Vor dem Reibvorgang Vorschub, Verweilzeit und Werkzeugverschleiß prüfen |
| Spitzenwerte beim Anziehdrehmoment | Durch ungünstige Bohrparameter entstandene, durch Kaltverfestigung gehärtete Bohrfläche | Wie oben – den Bohrschritt korrigieren, nicht den Gewindeschneideschritt |
| Übermäßige Grate am Lochrand | Spitzenwinkel zu klein; Vorschub am Einlauf zu hoch | Verringern Sie den Vorschub 50% für die ersten 2× Durchmesser am Einstich; fasen Sie den Einstich ab oder verwenden Sie zunächst einen Zentrierbohrer |
| Delaminierung am Lochausgang (in Ti-Stapeln) | Die Futtermenge wird beim Durchbruch nicht reduziert | Verringern Sie den Vorschub auf 50%, beginnend 1 Bohrerdurchmesser vor dem Durchbruch |
Bohren von dünnwandigen und CFK-Titan-Stapeln
Titan kommt in Baugruppen für die Luft- und Raumfahrt häufig als dünnwandige Bauteile (Wandstärke 0,5–3 mm) oder in CFK-Titan-Lagenpaketen zum Einsatz, bei denen Kohlefaser- und Titanschichten in einem einzigen Arbeitsgang gebohrt werden. Beide Fälle erfordern Parameteranpassungen, die über die oben genannten Standardrichtlinien hinausgehen.
Dünnwandiges Titan
Problem: Dünne Wände biegen sich unter der Bohrkraft durch, was zu Ruckeln, einer Glockenform des Bohrlochs und einer Delaminierung auf der Austrittsseite führt.
Anpassungen:
- Verringern Sie den Vorschub um 30–50% im Vergleich zu den Werten in der Legierungstabelle
- Verwenden Sie einen Vorbohrer oder einen Zentrierbohrer, um vor dem Bohren einen eindeutigen Startpunkt festzulegen.
- Verwenden Sie an der Austrittsfläche eine Stützplatte (starre Unterlegplatte), um ein Abheben des Materials zu verhindern.
- Vorbohren auf 50–60% des Enddurchmessers vor der Endbearbeitung – verringert den Druck auf die dünne Wand
- Erhöhen Sie die Spindeldrehzahl geringfügig, um den geringeren Vorschub auszugleichen (behalten Sie die Spanabnahme bei, indem Sie SFM um 10–15% erhöhen).
Bohren von CFK-Titan-Verbundwerkstoff-Stapeln (Luft- und Raumfahrt)
Dies ist eine der anspruchsvollsten Bohranwendungen in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Die beiden Werkstoffe stellen gegensätzliche Anforderungen: Bei CFK sind hohe Drehzahlen und geringe Vorschübe erforderlich, um ein Herausreißen der Fasern und eine Delaminierung zu vermeiden; bei Titan sind hingegen niedrige Drehzahlen und hohe Vorschübe erforderlich, um eine Kaltverfestigung und ein Festkleben des Werkzeugs zu verhindern.
Parameterkompromiss für CFRP-Ti-Stapel (aus den Anwendungshinweisen zu Sandvik CoroDrill 452 und CoroDrill 863):
| Ebene | Geschwindigkeit (SFM) | Feed (IPR) | Anmerkungen |
|---|---|---|---|
| CFK-Eintrag | 500–700 | 0,001–0,003 | Geringer Vorschub zur Vermeidung des Herausziehens von Fasern |
| Übergangszone | Vor der Einfahrt in Ti die Geschwindigkeit verringern | 0,003–0,005 | Verlangsamen Sie Ihre Fahrt, bevor Sie auf Titan treffen |
| Titanschicht | 130–200 | 0,004–0,008 | Kompromiss bei der Schnittgeschwindigkeit; unbeschichtetes Hartmetall wird bevorzugt |
| Ausgang über CFRP | 500–700 | 0,001–0,002 | Futtermenge am Ausgang erneut reduzieren |
Hinweis zum Kühlmittel: Sandvik empfiehlt seine unbeschichtete Hartmetallsorte H13A speziell für Titan-CFK-Lagen, da die schärfere Schneidkante (keine Beschichtungsdicke) die Gratbildung an den Grenzflächen der CFK-Schichten minimiert und die Neigung zum Anhaften an der Titanschicht verringert.
Stützplatten: An der Austrittsfläche aus CFK sind starre Verstärkungsplatten vorgeschrieben. Ohne Verstärkung löst sich die letzte Schicht aus Kohlefaser beim Durchbruch ab.
Empfohlene Hartmetallbohrer-Serien für Titan
Für den Einstieg benötigen Sie keinen speziellen Titanbohrer – die oben genannten Drehzahlen und Vorschübe gelten für jeden Vollhartmetallbohrer mit der richtigen Geometrie. Wenn Sie jedoch einen Serienauftrag mit Titan bearbeiten (mehr als 50 Bohrungen pro Durchlauf), bieten diese herstellerspezifischen Produktreihen eine speziell auf das Material abgestimmte Geometrie und Beschichtung.
Kennametal KSEM Modularbohrer
Modulares System für Durchmesser von 12,5 bis 101,6 mm mit austauschbaren Hartmetall-Einsätzen. Die Werkstoffgruppe ISO S (Titan, HRSA) umfasst die Sorte KC7315 – eine PVD-Mehrschichtbeschichtung auf TiAlN-Basis auf einem ultrafeinkörnigen Hartmetallsubstrat. Empfohlene Parameter für die ISO-S-Gruppe: 50–80 m/min (165–260 SFM), 0,09–0,20 mm/U je nach Durchmesser. Der modulare Aufbau ermöglicht den Austausch einzelner Schneideinsätze anstelle eines kompletten Bohreraustauschs, was bei Titananwendungen mit großem Durchmesser von Bedeutung ist, bei denen jeder Bohrer deutlich mehr kostet als ein kleiner Vollhartmetallbohrer.
Sandvik Coromant CoroDrill 860-SM
Vollhartmetallbohrer, Durchmesser 3–16 mm, mit der Geometrievariante “-SM” speziell für Titan (ISO-S-Werkstoff). Mit internen Kühlkanälen, Eckverstärkung zur Verringerung von Ausbrüchen an der Außenecke und einer optimierten Doppelschneide für Stabilität an der Bohrungswand. Erzielt in stabilen Aufspannungen eine Bohrungstoleranz von H8–H9 ohne Nachreiben. Die Auslegung sieht eine Durchkühlung mit 70–80 bar (1.015–1.160 PSI) vor.
Guhring RT 100 T (Baureihe 6513)
Tieflochbohrer für Titan und Edelstahl, geeignet bis 30×D. TiAlN-Beschichtung, 135°-Spitzenwinkel, serienmäßige Durchflusskühlung. Speziell entwickelt für das Tieflochbohren in ISO-S- und M-Werkstoffen, bei denen der Spanabtransport die größte Herausforderung darstellt. Die 10×D-Fähigkeit ist außergewöhnlich – die meisten Mitbewerber erreichen bei titanspezifischen Vollhartmetallausführungen höchstens 10×D.
Guhring RT 100 US (Baureihe 5741)
Bohrer aus Titan und Edelstahl mit Standardtiefe (3×D) und Guhring-nano-A-Beschichtung (eine nanostrukturierte AlTiN-Variante mit einer Härte von ca. 4.500 HV). Spitzenwinkel 140°, keine Durchkühlung (externe Flutkühlung). Die nano-A-Beschichtung bietet hervorragenden Wärmeschutz, ohne dass dabei wie bei dickeren PVD-Beschichtungen Einbußen beim Schneidkantenradius entstehen.
Mikron Tool PDC- und ADC-Baureihen
Die titanspezifischen Mikrobohrer-Serien von Mikron (Durchmesser 1–6,35 mm) mit zwei Geometrievarianten: PDC für handelsübliche reine Titansorten (nachweislich 45 m/min, 0,030 mm/U bei CP-Güte 4 mit einer Standzeit von 2.200 Bohrungen bei medizinischen Knochenplatten) sowie ADC für Titanlegierungen einschließlich Güte 5 (60 m/min, 0,020 mm/U). Diese sind die erste Wahl für Anwendungen in der Medizintechnik und der Präzisionsluft- und Raumfahrt, bei denen der Lochdurchmesser unter 6,35 mm liegt.
Häufig gestellte Fragen
Welche Schnittgeschwindigkeit sollte ich beim Bohren von Titan verwenden?
Das hängt von der Legierung und dem Werkzeugmaterial ab. Für Ti-6Al-4V (Güteklasse 5) mit Vollhartmetall liegt der Standardbereich bei 160–230 SFM (50–70 m/min). Für handelsreines Titan (Güteklasse 1–2) mit Hartmetall sind 80–130 SFM angemessen. Das Bohren mit HSS-Bohrern verläuft deutlich langsamer – je nach Legierung 30–55 SFM. Passen Sie die Drehzahl stets an einen angemessenen Vorschub an; ein langsamer Vorschub bei niedriger Drehzahl führt zu Kaltverfestigung.
Warum kommt es beim Bohren zu einer Kaltverfestigung von Titan?
Die Kaltverfestigung beim Bohren von Titan ist ein Prozessresultat und keine unvermeidbare Eigenschaft des Werkstoffs. Sie tritt auf, wenn der Bohrer stehen bleibt, reibt oder mit einer zu geringen Spanabnahme schneidet. Die hexagonal dicht gepackte Kristallstruktur von Titan weist begrenzte Versetzungsgleitwege auf – wenn die oberflächennahe Schicht ohne ausreichende Spanbildung plastisch verformt wird, stauen sich diese Versetzungen an und führen zu einer Verfestigung der Oberfläche. Die Hauptursachen sind: unzureichende Vorschubgeschwindigkeit, Verweildauer in Peck-Zyklen (G83 P-Verweildauer) und die Verwendung eines abgenutzten Bohrers, dessen Lebensdauer überschritten ist.
Kann ich TiN-beschichtete Bohrer für Titan verwenden?
Nein. Eine TiN-Beschichtung (Titannitrid) ist für das Bohren von Titanwerkstücken nicht geeignet. Der Titangehalt in TiN weist bei Schnitttemperaturen (900 °C+) eine chemische Affinität zum Titanwerkstück auf, wodurch sich die Beschichtung mit dem Werkstückmaterial verbindet und den Verschleiß beschleunigt. TiN oxidiert zudem bei ca. 550 °C – also bereits unterhalb der Grenzflächentemperaturen von über 900 °C, die beim Bohren von Ti-6Al-4V üblich sind. Verwenden Sie stattdessen Hartmetall mit einer TiAlN-Beschichtung (oxidiert bei ca. 700 °C) oder einer AlTiN-Beschichtung (800–900 °C).
Wie hoch muss der Kühlmitteldruck beim Bohren von Titan sein?
Mindestens 1.000 PSI (70 bar) für die Kühlmittelzufuhr durch das Werkzeug beim Bohren von Titan in der Serienfertigung. Bei den beim Bohren auftretenden Temperaturen verdampft das Kühlmittel, bevor es die Schnittstelle erreicht, es sei denn, es liegt ein ausreichender Druck vor, um die Dampfschicht zu durchdringen. Das Standard-Kühlmittel für Bearbeitungszentren (150–400 PSI) ist nur für sehr flache Bohrungen (unter 2×D) bei niedrigeren Schnittgeschwindigkeiten geeignet. Die Standardspezifikation von Sandvik für das Bohren von Titan und HRSA beträgt 70 bar.
Kann ich Titan ohne Kühlmittel bohren?
Nein, für keine Produktionsanwendung. Das Trockenbohren von Titan führt zu einer extrem kurzen Standzeit des Werkzeugs, zu Kaltverfestigung, zur Bildung von BUE und zu thermischen Schäden am Werkstück. Sandvik weist ausdrücklich darauf hin, dass das Trockenbohren für ISO-S-Werkstoffe (Titan, HRSA) “niemals empfohlen” wird. Verwenden Sie mindestens eine Flutkühlung; eine Werkzeuginnendurchflusskühlung mit 800–1.000+ PSI ist der Produktionsstandard.
Was ist der Unterschied beim Bohren von CP-Titan und Ti-6Al-4V?
Handelsreines Titan (Güteklassen 1–4) lässt sich deutlich besser bearbeiten als Ti-6Al-4V – die Bearbeitbarkeit liegt bei etwa 45–55% gegenüber 20% für die Güteklasse 5. Bei CP-Güten können Sie Hartmetallwerkzeuge mit 30–80% höheren Geschwindigkeiten einsetzen als bei der Güte 5 (80–130 SFM gegenüber 160–230 SFM). CP-Titan erfordert zudem einen geringeren Kühlmitteldruck, um eine gleichwertige Bohrungsqualität zu erzielen. Güteklasse 5 ist die anspruchsvolle Legierung; CP-Güten sind hinsichtlich des Schwierigkeitsgrades eher mit dem Bohren von austenitischem Edelstahl vergleichbar.
Warum bricht mein Bohrer beim Bohren in Titan immer wieder?
Die meisten Bohrerbrüche bei Titan lassen sich auf eine von vier Ursachen zurückführen: (1) zu niedrige Vorschubgeschwindigkeit – der Bohrer reibt statt zu schneiden, was zu einer Kaltverfestigung führt, die zunehmend mehr Kraft erfordert; (2) G83-Verweilzeit aktiv – das Anhalten in der Einstichtiefe führt zu einer Kaltverfestigung am Boden jedes Einstichs; (3) Spanstau in den Nuten aufgrund unzureichenden Kühlmitteldrucks oder eines zu tiefen Einstichschritts; (4) falsche Beschichtung – TiN verbindet sich chemisch mit Titan und verursacht einen Aufbauschneidrand, der schließlich zur Abplatzung der Schneidkante führt.
Ab wann sollte ich beim Bohren in Titan das Peck-Bohren anwenden?
Beginnen Sie die Peck-Zyklen in Titan mit einer Tiefe von 2×D. Verwenden Sie nach Möglichkeit G73 (kurzer Rückzug, Spanbruch) anstelle von G83 (vollständiger Rückzug), um die Zykluszeit zu minimieren und das Risiko eines Verharrens zu vermeiden. Stellen Sie die Peck-Inkremente für den ersten Peck auf 1×D, für die folgenden Pecks auf 0,5×D und für die letzten Pecks kurz vor dem Durchbruch auf 0,25×D ein. Verwenden Sie bei Titan niemals eine P-Verweilzeit in G83.
Meine Meinung: Die fünf Dinge, auf die es beim Bohren in Titan wirklich ankommt
Nach Durchsicht der Bearbeitungsdaten von Carpenter Technology, der Produktionsanwendungsleitfäden von Kennametal und Sandvik sowie der begutachteten Fachliteratur zum Thema Titanbohren zeichnet sich ein klares Muster ab. Betriebe, die beim Bohren von Titan erfolgreich sind, haben fünf Vorgehensweisen gemeinsam; Betriebe, die dabei Schwierigkeiten haben, verstoßen in der Regel gegen mindestens eine davon.
1. Der Vorschub ist der wichtigste Parameter, nicht die Geschwindigkeit. Alle konzentrieren sich auf die Schnittgeschwindigkeit, weil diese dazu führt, dass Werkzeuge katastrophal versagen. Aber erst der Vorschub entscheidet darüber, ob Späne oder Wärme entstehen. Halten Sie den Vorschub im mittleren bis oberen Bereich der Legierungstabelle. Ein niedriger Vorschub bei niedriger Drehzahl ist die falsche Kombination – dadurch wird der Bohrer nur langsam erhitzt und das Bohrloch verhärtet sich.
2. Kühlmitteldruck, nicht Kühlmittelmenge. Wenn Ihre Maschine nicht in der Lage ist, einen Druck von über 800 PSI durch das Werkzeug zu erzeugen, wird Ihre Bohrleistung stagnieren – ganz gleich, welchen Bohrer Sie kaufen. Eine Aufrüstung auf ein Hochdruck-Kühlmittelsystem (HPU) an einem Standard-Bearbeitungszentrum ist in der Regel die Investition in die Werkzeugausstattung mit dem höchsten ROI für einen Betrieb, der die Bearbeitung von Titan aufnimmt.
3. Halte in deinem Peck-Zyklus keine Pause ein. Rufen Sie Ihre G83-Programme auf und entfernen Sie jedes P-Wort aus den Titan-Bearbeitungsaufträgen. Diese eine Änderung verhindert einen Großteil der Bohrerbrüche beim Peck-Bohren in Titan.
4. Die Standzeit der Werkzeuge ist kürzer, als man denkt. Bei Ti-6Al-4V sollten Sie in einer Serienfertigung Wechselintervalle von etwa 40 bis 60 Bohrungen für einen Vollhartmetallbohrer einplanen. Das erste Anzeichen für Probleme – ein Lastspitzenwert oder eine zu große Bohrung – bedeutet, dass der Bohrer die Schwelle von 0,3 mm Flankenverschleiß überschritten hat. Planen Sie einen Wechsel ein, bevor dieser Punkt erreicht wird.
5. TiN ist die falsche Bezeichnung für Titan. Überprüfen Sie Ihren Werkzeugbestand. Falls Sie TiN-beschichtete Bohrer besitzen, die für die Bearbeitung von Titan vorgesehen sind, ersetzen Sie diese durch entsprechend beschichtete Bohrer mit TiAlN- oder AlTiN-Beschichtung. Der chemische Mechanismus ist entscheidend – keine noch so große Anpassung von Drehzahl oder Vorschub kann den Einsatz einer falschen Beschichtung ausgleichen.
