Le leghe a base di titanio e nichel appartengono ai materiali più impegnativi nella lavorazione meccanica. Esse uniscono alta resistenza, bassa densità e un'eccellente resistenza alla corrosione e al calore. Queste caratteristiche le rendono indispensabili per l'industria aeronautica, ma allo stesso tempo complicano notevolmente la lavorazione. Per la produzione, ciò significa tempi di inattività brevi, elevate sollecitazioni termiche e costi in aumento. ISCAR affronta queste sfide con strategie di utensili adattate, mirate a processi stabili e risultati riproducibili.
Le leghe a base di titanio e nichel sono preferite nell'industria aeronautica per la loro elevata resistenza meccanica, la molto buona resistenza alla corrosione e la stabilità termica in condizioni di utilizzo estreme. Nonostante questi vantaggi, presentano grandi sfide nella lavorazione, che influenzano direttamente la durata degli utensili, la qualità superficiale e la stabilità del processo. Nello sviluppo di nuovi sistemi di utensili, l'attenzione è rivolta all'aumento della durata e al miglioramento della redditività nella produzione.
I componenti aeronautici sono realizzati con materiali progettati specificamente per l'uso in condizioni di elevate sollecitazioni meccaniche, temperature elevate e ambienti aggressivi. Le leghe a base di titanio e nichel offrono un eccellente rapporto tra resistenza e peso, nonché un'ottima resistenza al calore. Pertanto, sono indispensabili per componenti strutturali, componenti di motori e altri gruppi critici per la sicurezza. Allo stesso tempo, queste stesse caratteristiche rendono la lavorazione più impegnativa rispetto a leghe di acciaio o alluminio. Bassi tassi di asportazione del materiale, maggiore usura degli utensili e elevati requisiti di qualità contribuiscono in modo significativo all'aumento dei costi di produzione.
Elevato apporto di temperatura nell'utensile
Le leghe di titan uniscono resistenza a bassa densità e un'eccellente resistenza alla corrosione. Grazie a questa insolita combinazione di proprietà, il titanio viene utilizzato in molti settori tecnici specializzati nonostante il costo. Le proprietà meccaniche delle leghe di titanio, in particolare l'alta resistenza specifica con una bassa allungamento a rottura, insieme a una bassa conduttività termica, pongono grandi requisiti al processo di lavorazione.
A titolo di chiarimento: nella lavorazione dell'acciaio, il rapporto di dissipazione del calore tra truciolo e utensile in metallo duro è di circa il 50 percento. Ciò significa che metà della temperatura generata viene ceduta al tagliente dal truciolo, mentre l'altra metà rimane nel truciolo. Nella lavorazione del titanio, l'80 percento della temperatura generata va al tagliente. Pertanto, la stabilità termica del materiale da taglio utilizzato assume una grande importanza.
Inoltre, il titan presenta una elevata affinità chimica con i materiali da taglio. In particolare, a basse velocità di taglio, ciò favorisce la formazione di bordi di usura e adesioni di materiale.
A causa di queste sfide, ISCAR utilizza substrati in carburo fine e innovative rivestimenti PVD. Questi vengono impiegati, tra l'altro, in famiglie di utensili come HELIDO, CHATTERFREE e in vari fresatori in carburo pieno. Aumentano la stabilità delle lame e riducono l'attrito e lo sviluppo di calore.
Preparazione dei bordi speciale e rivestimenti termicamente stabili
Le leghe a base di nichel presentano sfide diverse, ma altrettanto impegnative, per gli utensili di lavorazione impiegati. I materiali a base di Ni mantengono la loro resistenza anche a temperature elevate e mostrano un comportamento di indurimento a freddo molto pronunciato durante la deformazione plastica: diventano più solidi e duri, ma anche più fragili.
Nella lavorazione meccanica, ciò porta a forze di taglio elevate, indurimento a freddo, nonché usura da intaglio, diffusione e corrosione. Per limitare lo sviluppo del calore, i fresatori lavorano generalmente con velocità di taglio ridotte. Tuttavia, questo ha un impatto negativo sulla produttività.
ISCAR affronta queste sfide con inserti da taglio dotati di preparazione dei bordi speciale e rivestimenti termicamente stabili. Questi vengono utilizzati in particolare per le varietà di materiale da taglio SUMOTEC, tra cui le famiglie di utensili HELITURN e LOGIQTURN. Questi sono specificamente progettati per un comportamento di usura prevedibile nel tempo.
Il materiale da taglio appropriato è fondamentale.
I processi di lavorazione per componenti aeronautici sono soggetti a requisiti rigorosi che vanno ben oltre la semplice precisione dimensionale. Le tolleranze tipiche si aggirano spesso tra i cinque e i dieci micrometri. Allo stesso tempo, deve essere garantita un'elevata qualità superficiale. L'obiettivo è evitare microfessure, depositi di materiale e tensioni residue, poiché questi possono influenzare negativamente la resistenza alla fatica. Inoltre, ci sono spesso strutture di componenti a parete sottile, geometrie complesse e tagli interrotti, che aumentano la suscettibilità a vibrazioni e spostamenti degli utensili. Gli utensili da fresatura con passo e elica variabili, come quelli utilizzati nelle famiglie ISCAR CHATTERFREE e HELIMILL, sono progettati specificamente per ridurre le vibrazioni e aumentare la stabilità del processo.
Affinché possano resistere a sollecitazioni meccaniche e termiche e per ridurre le rotture sul bordo di taglio, i materiali da taglio utilizzati devono presentare un equilibrio tra durezza e tenacità. Di solito si utilizzano leghe di carburo a grana fine, poiché queste sono molto resistenti all'usura e sufficientemente tenaci anche in condizioni di taglio instabili.
Per la lavorazione di leghe a base di titanio e nichel, vengono spesso utilizzati rivestimenti PVD. Questi si caratterizzano per un'alta adesione, stabilità termica e ridotto attrito. Allo stesso tempo, fungono da barriera termica, rallentano l'ingresso di calore nell'utensile e favoriscono un comportamento di usura uniforme e prevedibile.
Soluzioni per fresatura, tornitura e foratura
Nella fresatura - in particolare di componenti a parete sottile - sono necessari utensili con passo variabile e taglienti elicoidali per minimizzare le vibrazioni.
Nella lavorazione delle leghe di titanio, i sistemi ad alta avanzamento, come ad esempio l'utensile HELIMILL-HFM, consentono un'interazione radiale ridotta con un avanzamento per dente aumentato. Questo riduce le forze di taglio che si verificano e limita lo sviluppo di calore.
Nelle leghe a base di nichel, l'attenzione è invece rivolta a un intervento stabile e a uno spessore di truciolo uniforme, per minimizzare l'usura locale - in particolare l'usura da intaglio nelle zone di transizione.
Per resistere alle elevate sollecitazioni meccaniche nei processi di tornitura e tornitura a disco, gli utensili richiedono sistemi di bloccaggio particolarmente stabili per le placchette intercambiabili. Sistemi come HELITURN, JETCUT e LOGIQTURN sono progettati di conseguenza. Dispongono di sedi per le placchette stabili e preparazioni dei bordi di taglio ottimizzate per condizioni di taglio ottimali.
Nella lavorazione delle leghe di titanio, un controllo affidabile dei trucioli è molto importante. I trucioli lunghi disturbano il processo di lavorazione e possono causare danni al componente e all'utensile. Nella tornitura delle superleghe, la geometria delle lame e la preparazione dei bordi giocano un ruolo centrale per prevenire l'usura da intaglio e consentire tempi di utilizzo più lunghi.
La qualità delle forature ha un'influenza diretta sull'integrità dell'assemblaggio e sulla resistenza alla fatica nei componenti aeronautici. Sistemi come SUMOCHAM, QUICK-3-CHAM e sistemi a inserti intercambiabili come DRTWIST e TRIDEEP offrono geometrie delle lame ottimizzate e un'alimentazione interna del refrigerante. Questo migliora l'evacuazione dei trucioli e riduce il carico termico. Gli utenti beneficiano di una qualità delle forature costantemente elevata con materiali e geometrie diverse.
Sicurezza del processo e durata degli utensili sotto controllo
Il complesso interplay di parametri di taglio, geometria degli utensili, strategia di raffreddamento e rigidità della macchina determina la durata degli utensili. Anche una moderata riduzione della velocità di taglio di solo dieci o venti percento può portare a durate significativamente più lunghe nella lavorazione delle leghe a base di nichel. ISCAR si concentra su un comportamento di usura riproducibile e prevedibile, piuttosto che su una durata teorica massima. In questo modo, gli utenti evitano guasti degli utensili e aumentano la sicurezza del processo.
Esempi dalla vita quotidiana dei fresatori dimostrano che gli utenti possono aumentare significativamente le durate degli utensili utilizzando geometrie degli utensili ottimizzate, rivestimenti adattati e parametri di taglio adeguati. Un utente è riuscito ad aumentare la durata dell'utensile del 30% utilizzando una fresatrice con elica variabile. Allo stesso tempo, la qualità delle superfici è migliorata notevolmente, e ha beneficiato di una maggiore stabilità del processo e di minori tassi di scarto.
L'integrazione delle biblioteche digitali degli utensili nei sistemi CAM sta diventando sempre più importante nell'industria aeronautica. ISCAR offre piattaforme digitali con dati standardizzati sugli utensili, che consentono una selezione e una definizione dei parametri coerenti. Questo riduce le fluttuazioni nei tempi di attrezzaggio e accorcia i tempi di sviluppo del processo. Strumenti di simulazione e verifica consentono inoltre di valutare e ottimizzare le strategie di lavorazione già prima dell'implementazione nella produzione. Questo minimizza i rischi nella produzione di componenti di alta qualità.
Le durate migliorate e i processi stabili hanno un impatto diretto sulla redditività. Riducono gli scarti e abbassano il consumo energetico per componente. Considerando i costi elevati dei materiali nella produzione di componenti aeronautici complessi, anche piccoli aumenti di efficienza portano a grandi risparmi. Allo stesso tempo, processi ottimizzati contribuiscono alla sostenibilità attraverso un minore consumo di materiali e un migliore utilizzo degli utensili.
Contatto:
www.iscar.de
