Hochpräzise CNC-gefertigte Tiefbohrkomponenten aus Superlegierungen

Kerntechnologie für tiefe CNC-Bohrungen in Superlegierungen

Tiefbohrmerkmale in Superlegierungen erfordern Werkzeugstabilität, Temperaturkontrolle und Echtzeitüberwachung, um Abweichungen zu verhindern.

• Einzugbohren (Gun Drilling) und BTA-Ausbohren für Bohrtiefen >25×D mit Innenkühlung

• 5-Achs-CNC-Bearbeitung für gewinkelte Eintrittsmerkmale

• Dreh- und Peck-Bohrstrategien zur Kontrolle der Spanabfuhr

• Kühlmittelgespeiste Hartmetallwerkzeuge, ausgelegt für Schnittbedingungen bis 1000 °C

Alle Prozesse werden gemäß den Normen ISO 10791 und NADCAP gesteuert.

Typische Superlegierungswerkstoffe für Tiefbohrungen

Diese Legierungen sind optimiert für Thermische Ermüdung, Kriechbeständigkeit und Dimensionsstabilität.

Fallstudie: 26×D-Bohrung in einem Rohrgehäuse aus Hastelloy X

Projekthintergrund

Ein Kunde aus der Kernenergiebranche benötigte eine durchgehende Bohrung mit 5 mm Durchmesser und 130 mm Tiefe (26×D) in Hastelloy X. Toleranzen: Rundheit <0,007 mm, Oberflächenrauheit Ra ≤ 0,4 μm, keine Grate oder Risse. Die Spanabfuhr und die thermische Verformung waren die Hauptprobleme.

Typische Modelle und Anwendungen von tiefgebohrten Komponenten

Bohrungsgeometrie und Kühlstromleistung hängen von einer präzisen Ausrichtung und einer glatten Innenoberfläche ab.

Herausforderungen beim CNC-Tiefbohren von Komponenten aus Superlegierungen

1. Werkzeugdurchbiegung über 0,02 mm bei Bohrungen >25×D

2. Wärmeaufbau über 500 °C ohne interne Kühlmittelsteuerung

3. Spanansammlung führt zu Fressspuren und konischer Abweichung der Maße

4. Verformung des Werkstücks in dünnwandigen Bereichen nach dem Bohren

5. Fehlausrichtung am Eintritt beeinflusst nachgelagerte sich kreuzende Kanäle

CNC-Bearbeitungslösungen für das Langlochbohren in Superlegierungen

• BTA-Systeme mit 100 bar Kühlmitteldruck und Echtzeit-Drehmomentsensoren

• Optimierung des Peck-Zyklus zum Ausspülen von Spänen alle 2×D

• Mehrachsige Bearbeitung zur Ausrichtung gewinkelter Anschlüsse innerhalb von ±0,01 mm

• Wärmebehandlung vor und nach der Bearbeitung zum Abbau von Eigenspannungen

• Röntgenprüfung und KMG zur Kartierung und Überprüfung der Bohrungen

Ergebnisse und Verifizierung

Fertigungsverfahren

Komponenten wurden aus geschmiedeten Rohlingen oder Feingussteilen gefertigt. Das Einzugbohren (Gun Drilling) wurde bei Inconel, Rene und Hastelloy angewendet, um Bohrungen mit einem Tiefen-Durchmesser-Verhältnis von über 25:1 zu erzielen.

Präzisionsfinish

Die Bohrungen wurden gegebenenfalls mit Polierköpfen und EDM-Nachbearbeitung verfeinert. Oberflächenrauheit ≤ Ra 0,4 μm. Endgenauigkeit des Bohrdurchmessers ±0,01 mm. Die Eintrittsflächen wurden CNC-plan bearbeitet, um eine Ebenheit <0,01 mm für Dichtflächen zu erreichen.

Nachbearbeitung

Zur Beseitigung interner Poren wurde eine HIP-Behandlung durchgeführt, gefolgt von einer spannungsarmen Wärmebehandlung bei 900–980 °C. Ausgewählte Komponenten erhielten je nach Anwendungszweck eine Passivierung oder TBC-Beschichtungen.

Inspektion

Das KMG verifizierte die Konzentrizität und Bohrungsalignment innerhalb von 0,006 mm. Die Röntgenprüfung bestätigte die durchgehende Bohrtiefe und den Austrittspunkt. Das Rasterelektronenmikroskop (SEM) wurde zur Mikrorisserkennung und zur Validierung der Gratfreiheit eingesetzt.

Häufig gestellte Fragen (FAQs)

1. Welche maximale Bohrtiefe ist mit der CNC-Bearbeitung von Superlegierungen erreichbar?

2. Wie verhindern Sie Werkzeugdurchbiegung bei tiefen Bohrungen?

3. Kann EDM zur Bohrkorrektur oder zur Reinigung des Austritts verwendet werden?

4. Wie werden Bohrungsmaße intern ohne zerstörende Prüfung verifiziert?

5. Welche Legierungen eignen sich am besten für tiefe Kraftstoffkanäle in der Luft- und Raumfahrt?