Titanove i niklove legure spadaju među najzahtjevnije materijale u obradi. One kombiniraju visoku čvrstoću, malu gustoću i izvrsnu otpornost na koroziju i toplinu. Ove osobine čine ih nezamjenjivima u zrakoplovstvu, ali istovremeno otežavaju obradu. Za proizvodnju to znači kratke vrijeme trajanja alata, visoka toplinska opterećenja i rastuće troškove. ISCAR se suočava s ovim izazovima prilagođenim strategijama alata koje se fokusiraju na stabilne procese i reproducibilne rezultate.
Titanove i legure na bazi nikla se zbog svoje visoke mehaničke čvrstoće, vrlo dobre otpornosti na koroziju i termalne stabilnosti pod ekstremnim uvjetima korištenja prvenstveno koriste u zrakoplovstvu. Unatoč tim prednostima, predstavljaju velike izazove u obradi, koji izravno utječu na trajnost alata, kvalitetu površine i stabilnost procesa. Prilikom razvoja novih sustava alata fokus je na povećanju trajnosti i poboljšanju isplativosti u proizvodnji.
Dijelovi za zrakoplovstvo izrađuju se od materijala koji su posebno dizajnirani za uporabu pod visokim mehaničkim opterećenjima, povišenim temperaturama i agresivnim uvjetima okoline. Titanove i nikl-bazirane legure nude izvrsan omjer čvrstoće i težine, kao i odličnu otpornost na toplinu. Zbog toga su neophodne za strukturne dijelove, komponente motora i druge sigurnosno kritične sklopove. Istovremeno, upravo te karakteristike u usporedbi s čelikom ili aluminijskim legurama dovode do izazovne obradivosti. Niske stope uklanjanja materijala, povećano trošenje alata i visoki zahtjevi kvalitete značajno doprinose rastućim troškovima proizvodnje.
Visok unos temperature u alat
Titanske legure kombiniraju čvrstoću s malom gustoćom i izvrsnom otpornošću na koroziju. Zbog ove neobične kombinacije svojstava, titan se unatoč cijeni koristi u mnogim tehničkim specijalnim područjima. Mehanička svojstva titanskih legura, osobito visoka specifična čvrstoća pri vrlo malom istezanju, zajedno s malom toplinskom vodljivošću, postavljaju velike zahtjeve za proces obrade.
Za pojašnjenje: Prilikom obrade čelika omjer odvođenja topline od strugotine do alata od tvrdog metala iznosi oko 50 posto. To znači da polovica nastale temperature odlazi na rezni rub, dok druga polovica ostaje u strugotini. Prilikom obrade titana, 80 posto nastale temperature odlazi na rezni rub. Stoga je termička stabilnost korištenog reznog materijala od velike važnosti.
Osim toga, titan ima visoku kemijsku afinitet prema reznim materijalima. Osobito pri niskim brzinama rezanja, to pogoduje stvaranju naslaga na reznoj ivici i prianjanju materijala.
Zbog ovih izazova, ISCAR koristi finokristalne karbidne supstrate kao i inovativne PVD prevlake. Ove se koriste, između ostalog, u obiteljima alata kao što su HELIDO, CHATTERFREE i kod raznih punokarbida rezača. Povećavaju stabilnost oštrica i smanjuju trenje te razvoj topline.
Specijalna priprema rubova i termički stabilni premaz.
Legure na bazi nikla postavljaju druge, ali jednako zahtjevne izazove za korištene alate za obradu. Ni-materijali zadržavaju svoju čvrstoću i pri visokim temperaturama te tijekom plastične deformacije pokazuju izraženo ponašanje hladne čvrstoće – postaju čvršći i tvrđi, ali i krhkiji.
U zerspanjivanju to dovodi do povećanih reznih sila, hladne učvršćenosti te trošenja uslijed udubljenja, difuzije i korozije. Kako bi se ograničila proizvodnja topline, zerspaneri obično rade s smanjenim brzinama rezanja. Međutim, to negativno utječe na produktivnost.
ISCAR se suočava s ovim izazovima s rezanjem umetaka s posebnom pripremom rubova i termički stabilnim premazima. Ovi se posebno koriste kod SUMOTEC vrsta reznih materijala, između ostalog u obiteljima alata HELITURN i LOGIQTURN. Ovi su konkretno dizajnirani za predvidljivo ponašanje trošenja tijekom dužih razdoblja korištenja.
Odgovarajući rezni materijal je presudan.
Obradni procesi za komponente zrakoplovstva podliježu strogim zahtjevima koji daleko nadmašuju samu preciznost mjerenja. Tipične tolerancije često se kreću između pet i deset mikrometara. Istovremeno, mora se osigurati visoka kvaliteta površine. Cilj je izbjeći mikropukotine, nakupljanje materijala i unutarnje napetosti, jer one mogu negativno utjecati na otpornost na umor. Uz to, često su prisutne tanke strukture dijelova, složene geometrije i prekinuti rezovi, što povećava osjetljivost na vibracije i pomicanje alata. Alati za frezanje s promjenjivim nagibom i heliksom, kao što su oni u ISCAR obiteljima CHATTERFREE i HELIMILL, posebno su dizajnirani za smanjenje vibracija i povećanje stabilnosti procesa.
Kako bi izdržali mehanička i termička opterećenja te smanjili izbijanja na rubu rezanja, korišteni rezni materijali moraju imati uravnotežen odnos između tvrdoće i čvrstoće na lom. Obično se koriste finozrnate vrste tvrdog metala, jer su one vrlo otporne na trošenje i dovoljno žilave čak i pod nestabilnim uvjetima rezanja.
Za obradu titanskih i niklovih legura često se koriste PVD premazivanja. Ona se odlikuju visokom prionjivošću, termalnom stabilnošću i smanjenjem trenja. Istovremeno djeluju kao termalna barijera, usporavaju unos topline u alat i potiču ravnomjerno i predvidljivo ponašanje trošenja.
Rješenja za frezanje, okretanje i bušenje
Prilikom frezanja – posebno tankostijenih dijelova – potrebni su alati s varijabilnim razmakom i helikalnim rezovima kako bi se minimizirali vibracije.
Pri obradi titanovih legura, visoki sustavi pomaka, poput HELIMILL-HFM alata, omogućuju smanjeni radijalni zahvat uz istovremeno povećani pomak po zubu. To smanjuje nastale rezne sile i ograničava razvoj topline.
Kod legura na bazi nikla fokus je na stabilnom zahvatu i ravnomjernoj debljini strugotine kako bi se minimizirala lokalna trošenja – posebno trošenja na rubovima u prijelaznim područjima.
Kako bi izdržali visoke mehaničke opterećenja tijekom procesa okretanja i rezanja, alati zahtijevaju posebno stabilne sustave stezanja za izmjenjive rezne pločice. Sustavi poput HELITURN, JETCUT i LOGIQTURN su prema tome dizajnirani. Imaju stabilne sjedišta pločica i optimizirane pripreme reznih rubova za optimalne uvjete rezanja.
Prilikom obrade titanovih legura, pouzdana kontrola strugotine je vrlo važna. Dugi strugotine ometaju proces obrade i mogu uzrokovati oštećenja na komponentama i alatu. Prilikom okretanja superlegura, geometrija rezne oštrice i priprema rubova igraju središnju ulogu u sprječavanju trošenja zbog udubljenja i omogućavanju dužih vremena rada.
Kvaliteta bušenja ima izravan utjecaj na integritet montaže i otpornost na umor kod dijelova za zrakoplovstvo. Sustavi poput SUMOCHAM, QUICK-3-CHAM te sustavi s izmjenjivim pločicama poput DRTWIST i TRIDEEP nude optimizirane geometrije rezanja i unutarnje hlađenje. To poboljšava odvođenje strugotine i smanjuje termičko opterećenje. Korisnici imaju koristi od dosljedno visoke kvalitete bušenja kod različitih materijala i geometrija.
Sigurnost procesa i trajnost u fokusu
Složen međusobni odnos parametara rezanja, geometrije alata, strategije hlađenja i krutosti stroja određuje trajnost alata. Već umjereno smanjenje brzine rezanja od samo deset do 20 posto može značajno produžiti trajnost alata prilikom obrade legura na bazi nikla. ISCAR se fokusira na reproducibilno i predvidljivo ponašanje trošenja, umjesto na maksimalnu teorijsku trajnost. Time korisnici izbjegavaju kvarove alata i povećavaju sigurnost procesa.
Primjeri iz svakodnevnog rada obradnika pokazuju da korisnici mogu značajno povećati trajnost alata korištenjem optimiziranih geometrija alata, prilagođenih premaza i odgovarajućih parametara rezanja. Jedan korisnik je povećao trajnost alata za 30 posto korištenjem freze s promjenjivom heliksom. Istovremeno su se značajno poboljšale kvalitete površine, a korisnik je imao koristi od veće stabilnosti procesa i nižih stopa otpada.
Integracija digitalnih biblioteka alata u CAM sustave sve više dobiva na značaju u zrakoplovstvu. ISCAR nudi digitalne platforme sa standardiziranim podacima o alatima, koje omogućuju dosljedan odabir i definiciju parametara. To smanjuje varijacije u pripremi i skraćuje vrijeme razvoja procesa. Alati za simulaciju i verifikaciju također omogućuju procjenu i optimizaciju strategija obrade već prije implementacije u proizvodnji. To minimizira rizike prilikom proizvodnje visokokvalitetnih dijelova.
Poboljšane trajnosti i stabilni procesi izravno utječu na ekonomičnost. Smanjuju otpad i smanjuju potrošnju energije po dijelu. S obzirom na visoke troškove materijala pri proizvodnji složenih dijelova za zrakoplovstvo, već mala poboljšanja u učinkovitosti dovode do velikih ušteda. Istovremeno, optimizirani procesi doprinose održivosti smanjenjem potrošnje materijala i boljim iskorištavanjem alata.
Kontakt:
www.iscar.de
