Titanove in nikljeve zlitine spadajo med najbolj zahtevne materiale pri obdelavi. Združujejo visoko trdnost, nizko gostoto in odlično odpornost proti koroziji in vročini. Te lastnosti jih naredijo nepogrešljive za letalstvo, hkrati pa močno otežujejo obdelavo. Za proizvodnjo to pomeni kratke življenjske dobe orodij, visoke toplotne obremenitve in naraščajoče stroške. ISCAR se tem izzivom sooča z prilagojenimi strategijami orodij, ki so usmerjene v stabilne procese in ponovljive rezultate.
Titanove in nikljeve zlitine se zaradi svoje visoke mehanske trdnosti, zelo dobre korozijske odpornosti in termične stabilnosti pri ekstremnih delovnih pogojih raje uporabljajo v letalstvu. Kljub tem prednostim predstavljajo v obdelavi velike izzive, ki neposredno vplivajo na življenjsko dobo orodja, kakovost površin ter stabilnost procesa. Pri razvoju novih orodnih sistemov je poudarek na podaljšanju življenjske dobe in povečanju ekonomičnosti pri proizvodnji.
Komponente za letalstvo so izdelane iz materialov, ki so posebej zasnovani za uporabo pri visokih mehanskih obremenitvah, povišanih temperaturah in agresivnih okolijskih pogojih. Titanove in nikljeve zlitine ponujajo odlično razmerje med trdnostjo in težo ter odlično toplotno odpornost. Zaradi tega so nepogrešljive za strukturne komponente, komponente motorjev in druge varnostno kritične sklope. Hkrati te lastnosti v primerjavi s jeklom ali aluminijevimi zlitinami povzročajo zahtevno obdelavo. Nizke stopnje odstranjevanja materiala, povečano obrabo orodij in visoke kakovostne zahteve pomembno prispevajo k naraščajočim stroškom proizvodnje.
Visok vnos temperature v orodje
Titanove zlitine združujejo trdnost z nizko gostoto in odlično odpornostjo proti koroziji. Zaradi te nenavadne kombinacije lastnosti se titan kljub ceni uporablja na mnogih tehničnih specializiranih področjih. Mehanske lastnosti titanovih zlitin, zlasti visoka specifična trdnost pri zelo nizki raztezni deformaciji, skupaj z nizko toplotno prevodnostjo, postavljajo velike zahteve pred proces obdelave.
Za pojasnilo: Pri obdelavi jekla je razmerje odvajanja toplote med odrezkom in trdometalnim orodjem približno 50 odstotkov. To pomeni, da polovica nastale temperature odteče na rezilo, druga polovica pa ostane v odrezku. Pri obdelavi titana gre 80 odstotkov nastale temperature v rezilo. Zato ima termična stabilnost uporabljenega rezalnega materiala velik pomen.
Poleg tega titan izkazuje visoko kemijsko afiniteto do rezalnih materialov. Še posebej pri nizkih hitrostih rezanja to spodbuja nastanek nabranih robov in pritrjevanje materiala.
Zaradi teh izzivov ISCAR uporablja finozrnate trdometalne podlage ter inovativne PVD prevleke. Te se med drugim uporabljajo v družinah orodij, kot so HELIDO, CHATTERFREE in pri različnih trdometalnih rezkalnikih. Povečujejo stabilnost rezil ter zmanjšujejo trenje in razvoj toplote.
Posebna priprava robov in termično stabilne prevleke
Nickelove zlitine postavljajo druge, a prav tako zahtevne izzive za uporabljena orodja za obdelavo. Ni materiali ohranjajo svojo trdnost tudi pri visokih temperaturah in med plastičnim deformiranjem kažejo izrazito obnašanje pri hladnem utrjevanju – postajajo trši in bolj trdi, a tudi krhki.
Pri obdelavi to vodi do povečanih rezalnih sil, hladne utrditve ter obrabe zaradi razpok, difuzije in erozije. Da bi omejili razvoj toplote, obdelovalci običajno delujejo z zmanjšanimi hitrostmi rezanja. To pa negativno vpliva na produktivnost.
ISCAR se s temi izzivi spopada z rezalnimi vložki s posebno obdelavo robov in termično stabilnimi prevlekami. Te se uporabljajo predvsem pri SUMOTEC rezalnih materialih, med drugim pri družinah orodij HELITURN in LOGIQTURN. Te so konkretno zasnovane za predvidljivo obrabo skozi daljša obdobja uporabe.
Pravi rezni material je odločilen.
Obdelovalni procesi za letalske komponente so podvrženi strogim zahtevam, ki daleč presegajo zgolj natančnost merjenja. Tipične tolerance pogosto znašajo med pet in deset mikrometrov. Hkrati je treba zagotoviti visoko kakovost površine. Cilj je preprečiti mikro razpoke, nabiranje materiala in notranje napetosti, saj lahko te negativno vplivajo na utrujenostno trdnost. Poleg tega so pogosto prisotne tanke stene komponent, kompleksne geometrije in prekinjeni rezi, ki povečujejo dovzetnost za vibracije in odrivanje orodja. Frezarska orodja z spremenljivo naklonom in heliko, kot so tista v družinah ISCAR CHATTERFREE in HELIMILL, so posebej zasnovana za zmanjšanje vibracij in povečanje stabilnosti procesa.
Da bi zdržali mehanske in toplotne obremenitve ter zmanjšali izbruhe na rezalni robu, morajo uporabljeni rezalni materiali imeti uravnotežen odnos med trdoto in trdnostjo na lom. Običajno se uporabljajo finozrnate trde kovine, saj so te tudi pri nestabilnih rezalnih pogojih zelo odporne na obrabo in dovolj žilave.
Pri obdelavi titanovih in niklovih zlitin se pogosto uporabljajo PVD prevleke. Te se odlikujejo po visoki oprijemljivosti, termični stabilnosti in zmanjšanem trenju. Hkrati delujejo kot toplotna ovira, upočasnjujejo prenos toplote v orodje in spodbujajo enakomerno ter predvidljivo obrabo.
Rešitve za frezanje, struženje in vrtanje
Pri frezanju – zlasti tankostenskih komponent – so potrebna orodja z variabilnim razmikom in helikalnimi rezili, da se zmanjšajo vibracije.
Pri obdelavi titanovih zlitin visoko pomične sisteme, kot je orodje HELIMILL-HFM, omogočajo zmanjšan radijski vstop ob hkrati povečanju pomika na zob. To zmanjšuje nastale rezalne sile in omejuje razvoj toplote.
Pri zlitinah na osnovi niklja je poudarek na stabilnem vstopu in enakomerni debelini odrezka, da se zmanjša lokalno obraba - zlasti obraba na robovih v prehodnih območjih.
Za obvladovanje visokih mehanskih obremenitev pri obdelovalnih in rezalnih procesih zahtevajo orodja posebej stabilne sistemske rešitve za vstavne rezalne ploščice. Sistemi, kot so HELITURN, JETCUT in LOGIQTURN, so ustrezno zasnovani. Imajo stabilne sedeže ploščic in optimizirane priprave rezalnih robov za optimalne pogoje rezanja.
Pri obdelavi titanovih zlitin je zanesljivo nadzorovanje odrezkov zelo pomembno. Dolgi odrezki motijo proces obdelave in lahko povzročijo poškodbe na komponentah in orodju. Pri struženju superzlitin imata geometrija rezila in priprava robov osrednjo vlogo pri preprečevanju obrabe zaradi ureznin in omogočanju daljših življenjskih dob.
Kakovost luken ima pri letalskih komponentah neposreden vpliv na integriteto montaže in utrujenost. Sistemi, kot so SUMOCHAM, QUICK-3-CHAM ter sistemi z zamenljivimi ploščicami, kot sta DRTWIST in TRIDEEP, ponujajo optimizirane geometrije rezil in notranje dovod hladilne tekočine. To izboljša odvod chipov in zmanjša toplotno obremenitev. Uporabniki imajo koristi od dosledno visoke kakovosti lukenj pri različnih materialih in geometrijah.
Osredotočenost na procesno varnost in življenjsko dobo
Kompleksna interakcija med parametri rezanja, geometrijo orodja, strategijo hlajenja in togostjo stroja določa življenjsko dobo orodij. Že zmerno zmanjšanje hitrosti rezanja za le deset do dvajset odstotkov lahko pri obdelavi zlitin na osnovi niklja privede do znatno daljših življenjskih dob. ISCAR se osredotoča na ponovljivo in predvidljivo obrabo, namesto na maksimalno teoretično življenjsko dobo. S tem uporabniki preprečujejo odpovedi orodij in povečujejo procesno varnost.
Primeri iz vsakodnevnega obdelovalnega dela kažejo, da lahko uporabniki z uporabo optimiziranih geometrij orodij, prilagojenih premazov in ustreznih parametrov rezanja znatno povečajo življenjske dobe. Uporabnik je s pomočjo frezarja z variabilno heliko povečal življenjsko dobo za 30 odstotkov. Hkrati so se znatno izboljšale kakovosti površin, kar mu je prineslo višjo stabilnost procesa ter nižje stopnje odpadkov.
Integracija digitalnih knjižnic orodij v CAM sisteme postaja v letalstvu vse pomembnejša. ISCAR ponuja digitalne platforme s standardiziranimi podatki o orodjih, ki omogočajo dosledno izbiro in definicijo parametrov. To zmanjšuje nihanja pri nastavitvah in skrajša čas razvoja procesov. Orodja za simulacijo in verifikacijo omogočajo tudi oceno in optimizacijo strategij obdelave že pred izvedbo v proizvodnji. To zmanjšuje tveganja pri proizvodnji visokokakovostnih komponent.
Izboljšane življenjske dobe in stabilni procesi neposredno vplivajo na ekonomičnost. Zmanjšujejo odpadke in znižujejo porabo energije na komponento. Glede na visoke stroške materiala pri proizvodnji zahtevnih letalskih komponent že majhna povečanja učinkovitosti privedejo do velikih prihrankov. Hkrati optimizirani procesi prispevajo k trajnosti z zmanjšano porabo materiala in boljšo izrabo orodij.
Kontakt:
www.iscar.de
