Титан- та нікелеві сплави належать до найскладніших матеріалів у обробці. Вони поєднують високу міцність, малу густину та відмінну стійкість до корозії та високих температур. Ці властивості роблять їх незамінними для авіації, але одночасно ускладнюють обробку. Для виробництва це означає короткі терміни служби інструментів, високе термічне навантаження та зростаючі витрати. ISCAR відповідає на ці виклики адаптованими стратегіями інструментів, які спрямовані на стабільні процеси та відтворювані результати.
Титановые и никелевые сплавы предпочитаются в авиации благодаря высокой механической прочности, отличной коррозионной стойкости и термической стабильности при экстремальных условиях эксплуатации. Независимо от этих преимуществ, они представляют собой большие вызовы в обработке, которые непосредственно влияют на срок службы инструмента, качество поверхности и стабильность процесса. При разработке новых инструментальных систем акцент делается на увеличении срока службы и повышении экономичности производства.
Авіаційні компоненти виготовляються з матеріалів, які спеціально розроблені для використання в умовах високих механічних навантажень, підвищених температур і агресивних навколишніх умов. Титан- і нікелеві сплави забезпечують відмінне співвідношення міцності до ваги, а також чудову термостійкість. Завдяки цьому вони є незамінними для структурних елементів, компонентів двигунів та інших критично важливих збірок. Водночас саме ці властивості в порівнянні зі сталлю або алюмінієвими сплавами призводять до складної оброблюваності. Низькі швидкості видалення матеріалу, підвищений знос інструментів і високі вимоги до якості суттєво сприяють зростанню витрат на виробництво.
Високий тепловий вплив на інструмент
Титановые сплавы поєднують міцність з низькою щільністю та відмінною корозійною стійкістю. Завдяки цій незвичайній комбінації властивостей титан, незважаючи на свою вартість, знаходить застосування в багатьох технічних спеціалізованих областях. Механічні властивості титановых сплавів, зокрема висока питома міцність при дуже низькій деформації на розрив, у поєднанні з низькою теплопровідністю, ставлять великі вимоги до процесу обробки.
Для ясності: під час обробки сталі співвідношення відведення тепла стружкою до твердосплавного інструменту становить близько 50 відсотків. Це означає, що половина виникаючої температури передається стружкою на різець, а інша половина залишається в стружці. При обробці титану 80 відсотків виникаючої температури йде на різець. Таким чином, термічна стабільність використовуваного різального матеріалу має велике значення.
Крім того, титан має високу хімічну афінність до різальних матеріалів. Особливо при низьких швидкостях різання це сприяє утворенню наростів на ріжучих краях і прилипання матеріалу.
У зв'язку з цими викликами ISCAR використовує дрібнозернисті карбідні субстрати та інноваційні PVD-покриття. Вони застосовуються, зокрема, в сім'ях інструментів, таких як HELIDO, CHATTERFREE та в різних фрезах з цільного карбіду. Це підвищує стабільність різців і зменшує тертя та розвиток тепла.
Спеціальна обробка країв та термічно стабільні покриття
Нікелеві сплави ставлять інші, але не менш складні вимоги до використовуваних інструментів для обробки. Ні-матеріали зберігають свою міцність навіть при високих температурах і демонструють виражене поведінку холодного зміцнення під час пластичної деформації – вони стають міцнішими і твердішими, але також крихкішими.
У обробці різання це призводить до збільшення різальних сил, холодного зміцнення, а також до зношування від тріщин, дифузії та корозії. Щоб обмежити розвиток тепла, обробники зазвичай працюють зі зниженими швидкостями різання. Це, однак, негативно впливає на продуктивність.
ISCAR відповідає на ці виклики за допомогою різальних вставок зі спеціальною обробкою країв та термічно стабільними покриттями. Вони використовуються, зокрема, у сортаменті різального матеріалу SUMOTEC, зокрема в сімействах інструментів HELITURN та LOGIQTURN. Ці інструменти спеціально розроблені для передбачуваного зносостійкості протягом тривалих періодів використання.
Вибір відповідного різального матеріалу є вирішальним.
Обробні процеси для авіаційних компонентів підлягають суворим вимогам, які значно перевищують просту точність розмірів. Типові допуски часто коливаються між п'ятьма та десятьма мікрометрами. Одночасно необхідно забезпечити високу якість поверхні. Метою є уникнення мікротріщин, нашарувань матеріалу та внутрішніх напружень, оскільки вони можуть негативно вплинути на втомну міцність. Крім того, часто зустрічаються тонкостінні структури деталей, складні геометрії та перервані різи, які підвищують вразливість до вібрацій та відштовхування інструменту. Фрезерні інструменти з змінним кроком та спіраллю, такі як ті, що використовуються в сім'ях ISCAR CHATTERFREE та HELIMILL, спеціально розроблені для зменшення вібрацій та підвищення стабільності процесу.
Щоб витримувати механічні та термічні навантаження та зменшити відколювання на ріжучому краю, використовувані ріжучі матеріали повинні мати збалансоване співвідношення між твердістю та міцністю на злам. Зазвичай використовуються дрібнозернисті тверді сплави, оскільки вони також є дуже зносостійкими та достатньо пластичними навіть за нестабільних умов різання.
Для обробки титанових і нікелевих сплавів часто використовуються PVD-покриття. Вони характеризуються високою адгезією, термічною стабільністю та зниженою тертям. Одночасно вони діють як термічний бар'єр, уповільнюючи тепловий вплив на інструмент і сприяючи рівномірному та передбачуваному зношенню.
Рішення для фрезерування, токарної обробки та свердління
При фрезеруванні – особливо тонкостінних деталей – потрібні інструменти з варіабельним кроком і гвинтовими різцями, щоб мінімізувати вібрації.
При обробці титанових сплавів високошвидкісні системи, такі як інструмент HELIMILL-HFM, дозволяють зменшити радіальне втручання при одночасно збільшеній подачі на зуб. Це зменшує виникаючі різальні сили та обмежує розвиток тепла.
У сплавів на основі нікелю акцент робиться на стабільному зусиллі та рівномірній товщині стружки, щоб мінімізувати локальний знос – зокрема, знос у зонах переходу.
Щоб витримувати високі механічні навантаження під час процесів токарної обробки та обробки різання, інструменти вимагають особливо стабільних систем затиску для змінних різців. Системи, такі як HELITURN, JETCUT та LOGIQTURN, відповідно спроектовані. Вони мають стабільні місця для пластин та оптимізовану підготовку ріжучих країв для оптимальних умов різання.
При обробці титанових сплавів надійний контроль стружки є дуже важливим. Довгі стружки заважають процесу обробки і можуть спричинити пошкодження деталі та інструменту. При токарній обробці суперсплавів геометрія ріжучих крайок та підготовка країв відіграють центральну роль у запобіганні зношенню від навантаження та забезпеченні тривалішого терміну служби.
Якість отворів має прямий вплив на цілісність монтажу та стійкість до втоми авіаційних компонентів. Системи, такі як SUMOCHAM, QUICK-3-CHAM, а також системи знімних пластин, такі як DRTWIST і TRIDEEP, пропонують оптимізовану геометрію ріжучих елементів та внутрішнє постачання охолоджуючої рідини. Це покращує видалення стружки та зменшує теплове навантаження. Користувачі отримують стабільно високу якість отворів при обробці різних матеріалів і геометрій.
Безпека процесу та тривалість використання під контролем
Складна взаємодія між параметрами різання, геометрією інструментів, стратегією охолодження та жорсткістю машин визначає тривалість використання інструментів. Вже помірне зменшення швидкості різання всього на десять-двадцять відсотків може призвести до значного збільшення тривалості використання при обробці сплавів на основі нікелю. ISCAR зосереджує увагу на відтворюваній та передбачуваній поведінці зносу, а не на максимальної теоретичної тривалості використання. Це дозволяє уникнути відмов інструментів і підвищити безпеку процесу.
Приклади з повсякденного життя обробників показують, що користувачі можуть значно збільшити тривалість використання, використовуючи оптимізовану геометрію інструментів, адаптовані покриття та відповідні параметри різання. Один користувач зміг збільшити тривалість використання фрези з змінною геліксою на 30 відсотків. Одночасно значно покращилася якість поверхні, і він отримав вищу стабільність процесу та нижчі відсотки бракованої продукції.
Інтеграція цифрових бібліотек інструментів у CAM-системи стає все більш важливою в авіаційній промисловості. ISCAR пропонує цифрові платформи зі стандартизованими даними про інструменти, що дозволяє забезпечити послідовний вибір та визначення параметрів. Це зменшує коливання під час налаштування та скорочує час розробки процесу. Інструменти для моделювання та верифікації також дозволяють оцінювати та оптимізувати стратегії обробки ще до їх реалізації у виробництві. Це мінімізує ризики при виготовленні високоякісних компонентів.
Покращені терміни служби та стабільні процеси безпосередньо впливають на економічність. Вони зменшують брак та знижують споживання енергії на одиницю продукції. З огляду на високі витрати на матеріали при виготовленні складних авіаційних компонентів, навіть незначні підвищення ефективності призводять до великих заощаджень. Одночасно оптимізовані процеси сприяють сталому розвитку завдяки зменшенню споживання матеріалів та кращому використанню інструментів.
Контакт:
www.iscar.de
