Keramik im Hochtemperatureinsatz

Die Herausforderung: Was ist zu tun, wenn die Leistung von Hartmetall-Wendeschneidplatten bei der HRSA-Bearbeitung nicht ausreicht?

Die Lösung: Richtig eingesetzte Keramik-Wendeschneidplatten stellen eine leistungsstarke Alternative dar.

Sialon- und Whisker-Keramik sind praktikable Alternativen für das Drehen und Fräsen von hitzebeständigen Superlegierungen (HRSA). Eine wichtige Untergruppe sind die Inconel-Legierungen, die typischerweise für Hochtemperaturanwendungen in Flugzeugtriebwerken und bei der Energieerzeugung eingesetzt werden. Eine weitere zunehmende Anwendung sind aufgeschweißte Hartwerkstoffe in der Öl- und Gasindustrie.

Keramik-Fräsen von Turbinenscheiben

Keramik zeichnet sich durch hohe Warmhärte und geringe Reaktivität mit den Werkstoffen aus, hat aber im Vergleich zu Hartmetallen eine geringere Zähigkeit. Dies erfordert einen stabilen Prozess mit minimalen Vibrationen. Die Werkzeugüberhänge sollten kurz sein, die Ein- und Austritte glatt und beim Fräsen sollte Vollnutfräsen vermieden werden.
Keramikdreh- und Keramikfräsbearbeitungen weisen einige wesentliche Unterschiede auf. Beim Drehen liegen die Schnittgeschwindigkeiten bei ca. 300 m/min, während die Fräser bis zu 1000 m/min erreichen können. Das Drehen mit Keramik erfordert einen ununterbrochenen und reichlichen Kühlschmierstoff, während das Fräsen zur Vermeidung von thermischem Stress kein Kühlmittel verträgt.
Runde Wendeschneidplatten sind sowohl zum Drehen als auch zum Fräsen optimal geeignet. Es werden geringe Schnitttiefen empfohlen, um einen geringen Eintrittswinkel zu erreichen und so Kerbverschleiß zu vermeiden.
Die wichtigste Richtlinie für das Keramikfräsen ist die Verwendung relativ niedriger Vorschübe (0,05 - 0,08 mm/Zahn) im Vergleich zu Hartmetall, um sehr hohe Schnittgeschwindigkeiten zu erreichen. Die daraus resultierende hohe Temperatur um den Schnittbereich herum verstärkt die Schneidwirkung und unterstützt die effiziente Beseitigung kleiner, glühender Späne. Das Planfräsen ist der Kantenbearbeitung und dem Waterline-Fräsen vorzuziehen.

Das Fräsen mit Keramiken ist eine produktive Lösung für Triebwerksanwendungen in der Luftfahrt in ISO S-Werkstoffen.

Positive Wendeschneidplatten sind optimal für das empfohlene Verfahren des Gleichlauffräsens. Negative Geometrien herrschen vor, wenn ein Gegenlauffräsen erforderlich ist, das zu einer großen Spandicke beim Austritt führt.

Zusammenfassung

Mit optimalen Verfahren kann die extreme Geschwindigkeitskapazität von Keramikwerkzeugen wesentlich höhere Zerspanungsraten bei anspruchsvollen HRSA-Anwendungen ermöglichen.

Kundenbeispiel

Werkstück: Inconel-Bauteil

Ergebnis:
Insgesamt wurden 42 Stunden Bearbeitungszeit pro Jahr eingespart, und die Produktivität stieg um 469 %.