Titanové a niklové slitiny patří mezi nejnáročnější materiály ve zpracování. Spojují vysokou pevnost, nízkou hustotu a vynikající odolnost vůči korozi a teplu. Tyto vlastnosti je činí nezbytnými pro letectví, zároveň však značně ztěžují zpracování. Pro výrobu to znamená krátké životnosti nástrojů, vysoké tepelné zatížení a rostoucí náklady. ISCAR čelí těmto výzvám přizpůsobenými strategií nástrojů, které se zaměřují na stabilní procesy a reprodukovatelné výsledky.
Titanové a niklové slitiny se díky své vysoké mechanické pevnosti, velmi dobré odolnosti proti korozi a tepelnému stabilitě za extrémních provozních podmínek preferují v letectví. Navzdory těmto výhodám představují ve zpracování velké výzvy, které se bezprostředně odrážejí na životnosti nástrojů, kvalitě povrchů a stabilitě procesu. Při vývoji nových nástrojových systémů je zaměřena pozornost na zvýšení životnosti a zlepšení hospodárnosti při výrobě.
Letecké součásti jsou vyráběny z materiálů, které jsou speciálně navrženy pro použití při vysokých mechanických zatíženích, zvýšených teplotách a agresivních podmínkách prostředí. Titanové a niklové slitiny nabízejí vynikající poměr pevnosti k hmotnosti a vynikající tepelnou odolnost. Díky tomu jsou nezbytné pro strukturální součásti, komponenty motorů a další bezpečnostně kritické sestavy. Zároveň tyto vlastnosti ve srovnání s ocelí nebo hliníkovými slitinami vedou k náročné zpracovatelnosti. Nízké rychlosti úběru materiálu, zvýšené opotřebení nástrojů a vysoké požadavky na kvalitu významně přispívají k rostoucím výrobním nákladům.
Vysoký příspěvek tepla do nástroje
Titanové slitiny kombinují pevnost s nízkou hustotou a vynikající odolností proti korozi. Díky této neobvyklé kombinaci vlastností se titan, navzdory své ceně, používá v mnoha technických specializovaných oblastech. Mechanické vlastnosti titanových slitin, zejména vysoká specifická pevnost při velmi nízké tažnosti, spojené s nízkou tepelnou vodivostí, kladou velké nároky na obráběcí proces.
Pro objasnění: Při obrábění oceli je poměr odvodu tepla z třísky k tvrdokovovému nástroji přibližně 50 procent. To znamená, že polovina vzniklé teploty se předává na břit, zatímco druhá polovina zůstává v třísce. Při obrábění titanu jde 80 procent vzniklé teploty do břitu. Tím se zvyšuje význam termální stability použitých řezných materiálů.
Kromě toho má titan vysokou chemickou afinitu k řezným materiálům. Zejména při nízkých řezných rychlostech to podporuje vznik nánosů a přilnavost materiálu.
Vzhledem k těmto výzvám používá ISCAR jemnozrnné karbidové substráty a inovativní PVD povlaky. Ty se používají mimo jiné v rodinách nástrojů jako HELIDO, CHATTERFREE a u různých plně karbidových fréz. Zvyšují stabilitu břitů a snižují tření a vývoj tepla.
Speciální úprava hran a tepelně stabilní povlaky
Nickelové slitiny představují jiné, ale stejně náročné výzvy pro používané obráběcí nástroje. Ni materiály si zachovávají svou pevnost i při vysokých teplotách a během plastické deformace vykazují výrazné chování za studena – stávají se pevnějšími a tvrdšími, ale také křehčími.
Ve zpracování materiálů to vede k zvýšeným řezným silám, studenému zpevnění a opotřebení způsobenému rýhami, difuzí a korozí. Aby se omezil vývoj tepla, pracují obráběči obvykle s nižšími řeznými rychlostmi. To však má negativní vliv na produktivitu.
ISCAR čelí těmto výzvám s řeznými destičkami se speciální úpravou hran a termicky stabilními povlaky. Ty se používají zejména u řezných materiálů SUMOTEC, mimo jiné u rodin nástrojů HELITURN a LOGIQTURN. Tyto jsou konkrétně navrženy pro předvídatelné opotřebení během delších provozních dob.
Vhodný řezný materiál je rozhodující.
Zpracovatelské procesy pro letecké komponenty podléhají přísným požadavkům, které daleko přesahují pouhou přesnost rozměrů. Typické tolerance se často pohybují mezi pěti a deseti mikrometry. Současně musí být zajištěna vysoká kvalita povrchu. Cílem je vyhnout se mikrorupturám, materiálovým nánosům a vnitřním napětím, protože tyto faktory mohou negativně ovlivnit únavovou pevnost. Často se také setkáváme s tenkostěnnými strukturami dílů, složitými geometriemi a přerušenými řezy, které zvyšují náchylnost k vibracím a vyvádění nástrojů. Frézovací nástroje s proměnlivým stoupáním a šroubovicí, jaké se používají v rodinách ISCAR CHATTERFREE a HELIMILL, jsou speciálně navrženy tak, aby snižovaly vibrace a zvyšovaly stabilitu procesu.
Aby odolávaly mechanickým a tepelným zatížením a aby se snížilo riziko vylomení na řezné hraně, musí používané řezné materiály vykazovat vyvážený poměr mezi tvrdostí a pevností v ohybu. Obvykle se používají jemnozrnné karbidové druhy, protože jsou také při nestabilních řezných podmínkách velmi odolné proti opotřebení a dostatečně houževnaté.
Pro zpracování titanových a niklových slitin se často používají PVD povlaky. Ty se vyznačují vysokou přilnavostí, tepelnou stabilitou a sníženým třením. Zároveň fungují jako tepelná bariéra, zpomalují přenos tepla do nástroje a podporují rovnoměrné a předvídatelné opotřebení.
Řešení pro frézování, soustružení a vrtání
Při frézování – zejména tenkostěnných součástí – jsou potřeba nástroje s variabilním dělením a šroubovicovými břity, aby se minimalizovaly vibrace.
Při obrábění titanových slitin umožňují vysokorychlostní systémy, jako například nástroj HELIMILL-HFM, snížený radiální zásah při současně zvýšeném posuvu na zub. To snižuje vznikající řezné síly a omezuje vývoj tepla.
U slitin na bázi niklu je důraz kladen na stabilní zásah a rovnoměrnou tloušťku třísky, aby se minimalizovalo místní opotřebení – zejména opotřebení v oblasti přechodů.
Aby odolávaly vysokým mechanickým zatížením při soustružení a frézování, vyžadují nástroje zvlášť stabilní upínací systémy pro výměnné břitové destičky. Systémy jako HELITURN, JETCUT a LOGIQTURN jsou na to odpovídajícím způsobem navrženy. Disponují stabilními sedly destiček a optimalizovanými přípravami řezných hran pro optimální řezné podmínky.
Při zpracování titanových slitin je spolehlivá kontrola třísek velmi důležitá. Dlouhé třísky narušují proces obrábění a mohou způsobit poškození dílu a nástroje. Při soustružení superlegur hraje geometrie břitu a příprava hran centrální roli v prevenci opotřebení a umožnění delších životností.
Kvalita otvorů má u leteckých dílů přímý vliv na integritu montáže a únavovou pevnost. Systémy jako SUMOCHAM, QUICK-3-CHAM a výměnné destičkové systémy jako DRTWIST a TRIDEEP nabízejí optimalizované geometrii břitů a interní přívod chladicího média. To zlepšuje odvod třísky a snižuje tepelnou zátěž. Uživatelé profitují z konstantně vysoké kvality otvorů při různých materiálech a geometriích.
Zaměření na procesní bezpečnost a životnost
Komplexní interakce řezných parametrů, geometrie nástroje, chladicí strategie a tuhost strojů určuje životnost nástrojů. Již mírné snížení řezné rychlosti o pouhých deset až dvacet procent může při obrábění slitin na bázi niklu vést k výrazně delším životnostem. ISCAR se zaměřuje na reprodukovatelné a předvídatelné chování opotřebení, místo maximální teoretické životnosti. Tím se uživatelé vyhýbají selhání nástrojů a zvyšují procesní bezpečnost.
Příklady z každodenního života obráběče ukazují, že uživatelé mohou výrazně zvýšit životnost nástrojů použitím optimalizovaných geometrií nástrojů, přizpůsobených povlaků a vhodných řezných parametrů. Jeden uživatel dokázal díky použití frézy s proměnlivou šroubovicí zvýšit životnost o 30 procent. Zároveň se výrazně zlepšila kvalita povrchů a on profitoval z vyšší procesní stability a nižších odpadových sazeb.
Integrace digitálních knihoven nástrojů do CAM systémů získává v letectví stále větší význam. ISCAR nabízí digitální platformy se standardizovanými daty nástrojů, které umožňují konzistentní výběr a definici parametrů. To snižuje kolísání při přípravě a zkracuje časy vývoje procesů. Simulační a ověřovací nástroje navíc umožňují hodnocení a optimalizaci obráběcích strategií již před realizací ve výrobě. To minimalizuje rizika při výrobě vysoce kvalitních dílů.
Zlepšené životnosti a stabilní procesy mají přímý dopad na ekonomiku. Snižují odpad a snižují spotřebu energie na díl. Vzhledem k vysokým nákladům na materiál při výrobě složitých leteckých dílů vedou již malé zvýšení efektivity k velkým úsporám. Zároveň optimalizované procesy přispívají k udržitelnosti díky nižší spotřebě materiálu a lepšímu využití nástrojů.
Kontakt:
www.iscar.de
