Spanende Bearbeitungsverfahren für metallische Werkstoffe gehören zu den Schlüsseltechnologien
bei der Fertigung von Flugzeugen und Luftfahrttriebwerken. Die Fräsbearbeitung komplex
geformter Komponenten aus Titanlegierungen ist häufig ein mehrstufiger Prozess. Als
Schruppprozess wird der Arbeitsschritt bezeichnet der den Grossteil des Materialvolumens in
möglichst kurzer Zeit und mit möglichst geringem Werkzeugeinsatz abtragen soll. Durch den
Schlichtprozess wird die Endkontur erzeugt. Sollte die Aufmasssituation nach dem Schruppen ein
Erreichen der Endkontur verhindern werden zusätzliche Prozessschritte eingefügt die als
Vorschlichten bezeichnet werden. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung einer
Bearbeitungsstrategie zur Schruppbearbeitung komplex geformter Geometrieelemente mit grossen
Aspektverhältnissen - z.B. Kavitäten mit komplex geformten Seitenflächen. Insbesondere die
aufgrund der hohen Aspektverhältnisse lang auskragenden Werkzeug verursachen bei der
Bearbeitung von Titanlegierungen lange Prozesszeiten. Titanlegierungen weisen auch bei hohen
Temperaturen noch vergleichsweise hohe Festigkeiten auf. Dies verhindert den Einsatz von
Schruppstrategien mit grossen Spanungsquerschnitten wie sie bei der High Performance
Bearbeitung (HPC) zum Einsatz kommen. Die resultierende hohe mechanische Belastung des Werkzeug
in Verbindung mit grossen Aspektverhältnissen würde zum Brechen des Werkzeugs führen.
Andererseits verhindert die hohe thermische Stabilität von Titanlegierungen einer Erhöhung des
Zeitspanvolumens durch Anheben der Bearbeitungsgeschwindigkeit da dies die Temperaturen in der
Kontaktzone und den resultierenden Werkzeugverschleiss weiter beschleunigen würde. Die
thermische und die mechanische Belastung des Werkzeugs sind daher die Faktoren welche eine
Steigerung der Prozesseffizienz verhindern. Bei der zirkularen Fräsbearbeitung können die
hierfür relevanten Kontaktbedingungen wesentlich gesenkt werden. Das Fräsewerkzeug wird anders
als bei der konventionellen Schruppbearbeitung nicht linear durch das Werkstück geführt. Es
wird hingegen durch zueinander versetzte Kreise eine Nutgeometrie erzeugt die durch Variation
der Kreisdurchmesser eine variable Breite annehmen kann. Zudem ist es möglich durch ein Neigen
der Werkzeugachse komplexe Nuthöhenprofile bereits während der Schruppbearbeitung anzunähern
und die Vorschlichtbearbeitung zu eliminieren. Der aus der Kreisbewegung resultierende
Spanungsquerschnitt sowie die Kontaktlänge zwischen Werkzeug und Werkstück werden dabei
erheblich verringert was zu einer reduzierten thermo-mechanischen Belastung des Werkzeugs
führt. Zur Planung solcher zirkularen Fräsprozesse existieren bislang keine systematischen
Ansätze deren Entwicklung daher Ziel der vorliegenden Arbeit ist.
