Vibrationsfreie Bearbeitung von Aerospace-Komponenten

Die Bearbeitung von Luft- und Raumfahrt-Komponenten verzeiht keine Fehler. Daher sind die Standards bei der Qualitätskontrolle enorm hoch, vor allem wenn beim Fräsen von schmalen und sehr tiefen Taschen lange Werkzeuge zum Einsatz kommen. In diesem Beitrag erklärt Sangram Dash, Product Application Manager für das Wendeschneidplattenfräsen bei Sandvik Coromant, wie der CoroMill® MH20 Hochvorschubfräser einen fehlerfreien Bearbeitungsprozess bei der Fertigung von Bauteilen für die Aerospace-Industrie unterstützt.

Bauteile mit dünnen Böden und Wänden, tiefen Taschen, großen Überhängen und engen Ecken machen die Bearbeitung von Komponenten für die Luft- und Raumfahrt zu einer echten Herausforderung. Sie erfordern leichtschneidende Werkzeuge, die eine hohe Stabilität aufweisen und gut kontrollierbar sind. Das gilt in besonderem Maße für die Fertigung von speziellen Bauteilen wie beispielsweise Fahrwerksträgerkomponenten aus geschmiedetem Titan, in die tiefe, schmale Taschen gefräst werden müssen. Diese anspruchsvolle Bearbeitung erfordert Werkzeuge mit langen Auskragungen und birgt damit ein hohes Vibrationsrisiko.

Vibrationen können allerdings oberflächliche Mängel im Werkstück verursachen, die die Qualität des Endprodukts beeinträchtigen. Außerdem können Vibrationen zu einer ungleichmäßigen Spandicke führen und damit zu ungleichmäßigen Schnittkräften. In einigen Fällen kann es sogar zum Bruch der Wendeschneidplatte oder des Werkzeugs kommen.

Mit weniger Vibrationen wirtschaftlicher fertigen

Für diese besonderen Herausforderungen hat Sandvik Coromant den CoroMill MH20 entwickelt. Der neue Hochvorschubfräser ist für das Fräsen von Hohlräumen oder Taschen bei ISO S-, M- und P-Werkstoffen konzipiert.

Das Design des CoroMill MH20 weist mehrere Innovationen auf, darunter ein neues Material für die zylindrischen Schaftkörper, das Abnutzung und Verschleiß während der Bearbeitung verringert und die Standzeit verlängert. Das Material minimiert das Aneinanderreiben der Späne und die Spanverdichtung, die entstehen kann, wenn hohe Spannungen oder Schnittkräfte den Plattensitz verformen.

Bei der Entwicklung des Hochvorschubfräsers haben sich die Ingenieure von Sandvik Coromant an den strengen Anforderungen der Luft- und Raumfahrtbranche orientiert. Der CoroMill MH20 ist in der Lage, verschiedene Bearbeitungsschritte auszuführen, was sowohl die Anzahl der benötigten Werkzeuge als auch die Umrüstungen und das Werkzeughandling während der Fertigung reduziert. Das verkürzt Durchlaufzeiten und trägt maßgeblich zu einer wirtschaftlicheren Fertigung bei.

Sandvik Coromant hat beim CoroMill MH20 erstmals im Rahmen von Hochvorschubkonzepten spezielle Wendeschneidplattengeometrien für verschiedene ISO-Bereiche entwickelt, um die Prozesssicherheit und Produktivität zu verbessern. Im Gegensatz zum herkömmlichen vierschneidigen Wendeschneidplattenkonzept verfügt der CoroMill MH20 über eine zweischneidige Wendeschneidplatte. Das erhöht die Zuverlässigkeit und schützt vor Verschleiß, da der schwächste Teil der Wendeschneidplatte weit von der Hauptschneidzone entfernt ist. Weil zugleich die Bearbeitung einer Bauteilecke oder -wand keinen Einfluss auf die andere Schneidkante hat, ist eine gleichmäßige Leistung pro Schneidkante gewährleistet.

Innovativ ist auch die Schneidengeometrie der CoroMill MH20 Wendeschneidplatte. Ihr schräges Kantendesign sorgt für eine graduelle und leichte Schneidwirkung, die weniger Energie verbraucht und den Einsatz auf kleineren Maschinen ermöglicht. Des Weiteren erhöhen die optimierte Schneidkante der Hauptschneide und der Wendeschneidplatteneckenradius die Prozesssicherheit.

Präzisionsbearbeitung in der Praxis

Ein Zulieferer für die Luft- und Raumfahrtindustrie und langjähriger Kunde von Sandvik Coromant hatte Probleme bei der Bearbeitung langer, dünner Dornkomponenten. Die drehenden Bauteile aus einer Inconel-Legierung werden bei Flugzeugen am Propeller befestigt und stützen die Bohrung, die über die Propellerwelle leitet, damit sich diese frei und stabil drehen kann. Diese Dornkomponenten, ein neues Bauteil für den Kunden, erwiesen sich aufgrund ihrer exzentrischen und teilweise extremen Abmessungen als schwierig zu bearbeiten – in einigen Fällen ließen sie sich gar nicht drehen.

Dies hatte zur Folge, dass die in das Werkstück gefrästen Taschen teilweise zwei bis drei Millimeter außerzentrisch waren. Außerdem wies das vorhandene Werkzeug des Kunden eine sehr geringe Standzeit auf, und es gab eine Menge Ausschuss – möglicherweise aufgrund einer schlechten Verbindung zwischen Maschine und Werkzeug. In einigen Fällen verbogen sich die Dornkomponenten sogar, weil das Fräswerkzeug anstatt Material abzutrennen gegen die Komponente stieß.

Als Lösung für diese herausfordernde Bearbeitung erwies sich schließlich das Drehfräsen, bei dem das Werkstück um seinen Mittelpunkt gedreht wird. Diese Frästechnik wird häufig empfohlen, wenn, wie bei den Dornkomponenten, die Bauteilform stark von denen für die konventionelle Fräsbearbeitung abweichen.

Bei den ersten Drehfräsversuchen traten allerdings starke Vibrationen auf, weshalb Sandvik Coromant den Einsatz des CoroMill MH20 empfahl. Der Hochvorschubfräser wurde aufgrund seiner sehr leichten Schneidwirkung ausgewählt, um das Verbiegen des Bauteils zu verhindern und gleichzeitig einen wirtschaftlichen Fertigungsprozess zu erreichen.

Der CoroMill MH20 ließ sich problemlos in die Fertigung des Kunden integrieren. Da dieser zuvor noch nie mit der Drehfrästechnik gearbeitet hatte, unterstützen die Experten von Sandvik Coromant das Team des Kunden, erklärten die Technik und gaben Empfehlungen für das CNC-Fräsprogramm.

Die Dornkomponenten bestanden aus Inconel 718 und A286 – beide Legierungen auf Eisenbasis sind dank ihrer hohen Festigkeit und ausgezeichneten Fertigungseigenschaften in der Luft- und Raumfahrt sehr beliebt. Der CoroMill MH20 lief mit einer Schnittgeschwindigkeit (vc) von 40 m/min, einem Vorschub (fz) von 0,3 mm/Zahn und einer axialen Schnitttiefe (ap) von 0,5 mm. Entscheidend war, dass der Hochvorschubfräser von Sandvik Coromant das bestehende Werkzeug des Kunden während der 30-minütigen Bearbeitungszeit outperformt, um Vibrationen tatsächlich zu vermeiden.

Am Ende zeigte der CoroMill MH20 sowohl eine verbesserte Standzeit als auch, dass aufgrund seiner sehr leichten Schneidwirkung eine wesentlich genauere Bearbeitung als mit dem zuvor eingesetzten Werkzeug möglich war – und das mit erhöhten Schnittparametern innerhalb einer kürzeren Bearbeitungszeit. All diese Leistung erzielte der CoroMill MH20 mit einem oder zwei Zähnen weniger als die Wettbewerbslösung.

Unter dem Strich hat die Bearbeitungslösung von Sandvik Coromant dem Aerospace-Zulieferer neue Möglichkeiten beim Taschenfräsen eröffnet. Durch die Umrüstung auf CoroMill MH20 profitiert der Kunde von einer deutlich verbesserten Standzeit sowie von einer sicheren und vibrationsfreien Bearbeitung. Mit diesen Vorteilen hat sich der CoroMill MH20 bei der Präzisionsbearbeitung von zähen Werkstoffen, auch bei langen Auskragungen, als vorteilhaft erwiesen, insbesondere in Hinblick auf die strengen Qualitätsstandards für Flugzeugkomponenten.