CNC Fräsbearbeitung von Titan

Wir bearbeiten reines Titan (Grade 1–4) ebenso wie die gängigen Titanlegierungen. Am häufigsten gefragt ist Ti-6Al-4V (Werkstoff 3.7165, Grade 5) mit rund 6 % Aluminium und 4 % Vanadium – die meistverwendete Legierung in Medizintechnik, Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigungstechnik. Reines Titan und Legierungen verhalten sich in der Zerspanung unterschiedlich; wir wählen Schnittdaten und Werkzeuge passend zum konkreten Werkstoff und Bauteil.

Titan leitet Wärme schlecht. Beim Zerspanen wird daher nur ein kleiner Teil der entstehenden Wärme über den Span abgeführt – ein großer Teil bleibt an der Schneide und führt zu hoher thermischer Belastung. Hinzu kommen die hohe Warmfestigkeit, die Neigung zur Kaltverfestigung und die chemische Reaktionsfreudigkeit des Werkstoffs. Diese Kombination erfordert abgestimmte Schnittdaten, stabile Maschinen, scharfe Werkzeuge und eine konsequente Kühlung. Genau dafür ist unsere Fertigung ausgelegt.

Deutlich langsamer als Stahl, aber abhängig von der Strategie. Beim klassischen Vollnut- oder Konturfräsen mit großem radialem Eingriff liegen die Schnittgeschwindigkeiten bei Ti-6Al-4V typischerweise bei etwa 45–70 m/min. Beim trochoidalen Fräsen mit kleinem radialem Eingriff lässt sich die Schnittgeschwindigkeit deutlich anheben, weil die Wärme pro Schneideneingriff begrenzt bleibt und das Werkzeug Zeit zum Abkühlen hat.

Trochoidales Schruppen, Beispiel-Startwerte (Ti-6Al-4V, VHM-Fräser Ø 12 mm, 4–5 Schneiden, mit Hochdruck-Innenkühlung):

Das Prinzip dahinter: kleiner ae, dafür hohes vc und volle Schnitttiefe über die Werkzeuglänge. So bleibt die thermische Schneidenbelastung niedrig, während das Zeitspanvolumen hoch bleibt. Wegen der Spanverdünnung beim kleinen ae kann der programmierte Vorschub gegenüber dem Tabellen-fz angehoben werden.

Wichtig: Das sind Startwerte zur Orientierung, keine garantierten Schnittdaten. Die konkret fahrbaren Werte hängen von Maschinensteifigkeit, Spannmittel/Werkzeughalter, verfügbarem Kühldruck, Auskraglänge sowie der genauen Legierung und Werkstoffcharge ab. Wir legen die Schnittdaten bauteil- und prozessspezifisch aus und sichern sie über Standzeit- und Prozessüberwachung ab.

Weil die Wärme kaum über den Span abfließt, muss sie aktiv von der Schneide weggeführt werden. Wir setzen auf gezielte Hochdruck-Innenkühlung (IKZ): Der Kühlschmierstoff wird mit hohem Druck direkt an die Schneide gebracht. Das senkt die Temperatur, sorgt für kontrollierten Spanbruch und einen zuverlässigen Spanabtransport aus der Bearbeitungszone. In der Praxis verlängert das die Werkzeugstandzeiten erheblich und stabilisiert den Prozess. Eine unterbrochene oder unzureichende Kühlung ist bei Titan dagegen ein echtes Risiko.

Ja. Titan ist reaktionsfreudig; bei hohen Temperaturen kann es sich entzünden. Besonders feine Späne sind kritisch und können größere Spanansammlungen mit entzünden. Wir begegnen dem mit konsequenter Kühlung, kontrolliertem Spanbruch, geeigneten Schnittdaten und einem prozesssicheren Spanmanagement. In einer professionell ausgelegten, gekühlten und automatisierten Fertigung ist die Bearbeitung von Titan sicher beherrschbar.

Wir arbeiten mit feinkörnigem Vollhartmetall in titangeeigneten Geometrien: scharfe Schneiden, positiver Spanwinkel, variabler Drall- und Teilungswinkel zur Schwingungsdämpfung sowie innere Kühlmittelzufuhr. Werkzeuge werden gewechselt, bevor sie stumpf werden, weil stumpfe Schneiden bei Titan zu Reibung, Hitze und Kaltverfestigung führen.

Beschichtungen: Für Titan bewähren sich oxidations- und warmfeste PVD-Schichten, vor allem AlTiN bzw. TiAlN, je nach Anwendung auch AlCrN. Für reines Titan (Grade 1–4) kommen teils auch scharf geschliffene, polierte oder dünn beschichtete Geometrien zum Einsatz, um Aufbauschneiden und Verkleben zu vermeiden.

Bewährte Werkzeuglinien (Beispiele, je nach Operation und Bauteil):

Die genaue Werkzeug- und Beschichtungsauswahl treffen wir je nach Legierung (Reintitan vs. Grade 5), Operation (Schruppen, Schlichten, Tasche, Wand) und Bauteilsteifigkeit.

Titan verfestigt an der Oberfläche, wenn die Schneide die gleiche Stelle mehrfach „streichelt", statt sauber Material abzunehmen. Die verfestigte Randzone erschwert dann die folgenden Schnitte und verschlechtert die Oberfläche. Wir vermeiden das durch eine definierte Mindestspanstärke, geeignete Werkzeuggeometrien und stabile, durchgängige Schnittbedingungen – also bewusst keine zu geringen Vorschübe.

Für eine professionelle, prozesssichere Serienfertigung ist das nicht zu empfehlen. Ohne ausreichende Kühlung steigen Werkzeugverschleiß, Temperaturbelastung und Brandrisiko deutlich. Wir bearbeiten Titan grundsätzlich mit abgestimmter, leistungsfähiger Kühlung.

Lokale Wärme und Eigenspannungen können bei Titan zu Verzug führen. Wir berücksichtigen das bereits in der Arbeitsvorbereitung: durch eine geeignete Bearbeitungsstrategie, abgestimmte Spannkonzepte, kontrollierten Wärmeeintrag und – wo nötig – mehrstufige Bearbeitung. Geprüft wird taktil mit Toleranzen unter 10 µm; bei kritischen Merkmalen stimmen wir Prüfplan und Messmethodik mit Ihnen ab.

Schwerpunkte sind Medizintechnik, Rüstungs- und Verteidigungstechnik sowie weitere Branchen mit hohen Anforderungen an Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Biokompatibilität. Titan kommt überall dort zum Einsatz, wo geringes Gewicht, hohe Festigkeit und Beständigkeit gefragt sind.

Hilfreich sind Zeichnung und/oder 3D-Modell (STEP), die genaue Werkstoffangabe (z. B. Ti-6Al-4V / 3.7165 / Grade 5), Stückzahl, geforderte Toleranzen und Oberflächen sowie der gewünschte Liefertermin. Bei Werkstoffen mit längeren Lieferzeiten übernehmen wir auf Wunsch auch die frühzeitige Planung der Beschaffung.