Titan's schlechte Wärmeleitfähigkeit und hohe chemische Reaktivität machen es anfällig für Oberflächendefekte währendCNC-Bearbeitung. Während Werkzeuggeometrie und Schnittparameter gut erforscht sind, wird die Kühlmitteloptimierung in der Industriepraxis noch immer zu wenig genutzt. Diese Studie (durchgeführt 2025) schließt diese Lücke, indem sie quantifiziert, wie eine gezielte Kühlmittelzufuhr die Oberflächenqualität verbessert, ohne den Durchsatz zu beeinträchtigen.
Methodik
1. Experimentelles Design
●Material:Ti-6Al-4V-Stäbe (Ø50mm)
●Ausrüstung:5-Achsen-CNC mit innerer Kühlmittelzufuhr (Druckbereich: 20–100 bar)
●Verfolgte Metriken:
Oberflächenrauheit (Ra) mittels Kontaktprofilometer
Werkzeugflankenverschleiß mittels USB-Mikroskop-Bildgebung
Temperatur der Schneidzone (FLIR-Wärmebildkamera)
2. Wiederholbarkeitskontrollen
●Drei Testwiederholungen pro Parametersatz
● Werkzeugeinsätze werden nach jedem Experiment ausgetauscht
●Umgebungstemperatur stabilisiert bei 22 °C ±1 °C
Ergebnisse & Analyse
1. Kühlmitteldruck vs. Oberflächengüte
●Druck (bar):20 50 80
●Durchschnittlicher Ra (μm) :3,2 2,1 1,4
●Werkzeugverschleiß (mm):0,28 0,19 0,12
Hochdruckkühlmittel (80 bar) reduzierte Ra um 56 % gegenüber dem Basiswert (20 bar).
2. Auswirkungen der Düsenpositionierung
Abgewinkelte Düsen (15° zur Werkzeugspitze) übertrafen radiale Anordnungen um:
● Verringerung der Wärmeansammlung um 27 % (thermische Daten)
●Verlängerung der Werkzeuglebensdauer um 30 % (Verschleißmessungen)
Diskussion
1. Schlüsselmechanismen
●Spanabfuhr:Hochdruckkühlmittel bricht lange Späne und verhindert so ein erneutes Schneiden.
●Wärmekontrolle:Durch die lokale Kühlung wird die Verformung des Werkstücks minimiert.
2. Praktische Einschränkungen
● Erfordert modifizierte CNC-Setups (mindestens 50 bar Pumpenkapazität)
● Nicht kosteneffizient für die Produktion kleiner Stückzahlen
Abschluss
Durch die Optimierung des Kühlmitteldrucks und der Düsenausrichtung lässt sich die Titan-Oberflächenbeschaffenheit deutlich verbessern. Hersteller sollten folgende Punkte priorisieren:
●Aufrüstung auf Kühlmittelsysteme mit ≥80 bar
● Durchführung von Düsenpositionierungsversuchen für bestimmte Werkzeuge
Weitere Forschung sollte die Hybridkühlung (z. B. kryogen + MQL) für schwer zu bearbeitende Legierungen untersuchen.
Beitragszeit: 01.08.2025
