Zerspanungswerkzeuge für Triebwerkskomponenten aus FeAl

Zerspanungswerkzeuge für Triebwerkskomponenten aus FeAl

5-Achs-Bearbeitung von Kreuzproben aus Eisenaluminid als Analogieprozess zur Turbinenschaufelbearbeitung. (Quelle: PTW/TU-Darmstadt / Fertigung)

Legierungen aus der Werkstoffklasse der Eisenaluminide (FeAl) können titan- und nickelbasierten Werkstoffe in Triebwerkskomponenten substituieren, so der ausführliche Beitrag aus der Fachzeitschrift Fertigung. In dem Beitrag geht es vor allem um die Werkzeuge und die Prozessführung, um FeAl möglichst verschleißarm bearbeiten zu können.

Hier eine kurze Zusammenfassung:

Das vom BMWi geförderte Projekt „GeWeFeAl“ untersucht die Herstellung von Turbinenschaufeln aus Eisenaluminiden. Forscher der PTW der TU Darmstadt entwickeln hier in Zusammenarbeit mit Wolf Werkzeugtechnologie geeignete Werkzeuge für den Zerspanungsprozess.

Sie untersuchten dazu vierschneidige Vollradiusfräser mit einem Durchmesser von 6 mm beim Schlichtfräsen von Kreuzproben mittels Ziehschnitt mit linearer Vorschubrichtung und konstantem Schnittweg.

Abbildung 1: Potenziale von Eisenaluminiden (links) sowie die Vorgehensweise und die Projektpartner im Forschungsprojekt „GeWeFeAl“ (rechts) (Quelle: Grafik: PTW/TU-Darmstadt / Fertigung)

Fünf Werkzeugvarianten wurden betrachtet, die sich makrogeometrisch unterscheiden. Die Wissenschaftler variierten Drall-, Frei- und Spanwinkel sowie die Schneidenlänge der jeweils zwei auf der Stirnseite zurückgesetzten Schneiden. Hartmetallsubstrat und Beschichtung wurden nicht variiert.

Die Schnittparameter wurden analog zur Bearbeitung von Nickelbasislegierungen gewählt, die ebenfalls als schwer zerspanbar gelten. Während der Versuche wurden die Zerspankraftkomponenten aufgenommen und anschließend daraus die auf das Werkzeug wirkenden Kräfte ermittelt. Nach einem Schnittweg von 2,52 m, der sich aus der Probenform und -dimension ergibt, wurde auf den Werkzeugen jeweils der Freiflächenverschleiß mikroskopisch analysiert und die Verschleißmarkenbreite (VB) gemessen.

Abbildung 2: Einsatzverhalten der Werkzeuge bei variierenden Makrogeometrien beim Fräsen von Fe25Al1,5Ta [at%]. (Quelle: PTW/TU-Darmstadt / Fertigung)
Es zeigte sich, dass die Eigenschaften der Eisenaluminide die spanende Bearbeitung negativ beeinflussen. Die Werkzeugschneiden werden hoher Beanspruchung ausgesetzt, das Verschleißerhalten ist dabei überwiegend abrasiv geprägt. Dabei beeinflusst die Makrogeomtrie die Verschleißformen und die Zerspankräfte deutlich, wobei geringe Aktivkräfte nicht zwangsläufig geringen Verschleiß bedeuten. Der Belastung länger standhalten kann eine tendenziell schärfere Schneide mit erhöhtem Freiwinkel in Verbindung mit einem verringerten Drallwinkel.

Die Forscher wollen nun den Einfluss einzelner Makrogeometrieelemente des Werkzeugs auf den Verschleiß untersuchen und die einzelnen Werkzeugeigenschaften (Beschichtung, Hartmetallsubstrat, Mikrogeometrien, etc.) isoliert untersuchen. Sie wollen zudem herausfinden, wie die Schnittparameter verändert werden müssen, um eine hochproduktive und dabei wirtschaftliche Zerspanung von FeAl-Legierungen zu erzielen. Zuletzt sollen die Werkzeugstandwege sowie monetäre Aspekte gegenüber der Bearbeitung von Titan- und Nickelbasislegierungen verglichen werden.

Im Forschungsbericht der PTW TU Darmstadt von 2018 ist das Projekt auf Seite 35 beschrieben und als Ansprechpartner Maximilian Wagner genannt.


Quelle und weitere Infos: PTW TU Darmstadt, Fertigung

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