Témata
Reklama

Problematika obrábění titanových leteckých dílů

Výrazné zvýšení užití titanu jako konstrukčního materiálu v civilním leteckém průmyslu se datuje někdy od roku 1980, tedy krátce poté, co se tento materiál objevil ve vojenském letectví. Titanové slitiny nyní efektivně konkurují slitinám hliníku i nikl-feritickým slitinám.

Nové titanové slitiny rapidně pronikají i do výroby dalších skupin částí letadel, jako jsou díly trupu, křídel, částí výsuvu podvozku, prvků hydraulických systémů a podobně. Tento vývoj s sebou logicky přináší potřebu řešit inovativní způsoby technologie obrábění nových materiálů a dosažení uspokojivé produktivity, přesnosti výrobních tolerancí a spolehlivosti procesů při výrobě takovéhoto charakteru. Firma Iscar se tímto vývojem zabývá a přináší na trh některé typy nástrojů vyzbrojené novými jakostmi karbidů, geometriemi břitů a speciálními utvařeči a určené pro aplikace soustružení, frézování i vrtání.

Reklama
Reklama
Reklama

Vlastnosti titanu důležité pro letecký průmysl

Volba titanu jako konstrukčního materiálu v letectví vychází z jeho některých specifických vlastností, jako jsou:
• vysoká pevnost v poměru k měrné hmotnosti;
• chemická odolnost;
• odolnost proti korozi;
• výjimečné mechanické vlastnosti;
• malá tepelná roztažnost.

Charakteristika a limity obrobitelnosti titanu

V leteckém průmyslu je nejpoužívanější titanovou slitinou materiál označený 6AL-4V. Již z hlediska metalurgické charakteristiky vykazují slitiny titanu problematičtější průběh obrábění a praxe plně potvrzuje, že při obrábění titanu vznikají větší řezné síly než při odpovídající aplikaci obrábění ocelí ekvivalentní tvrdosti. Navíc titan patří mezi takzvaně zpevňující materiály. To znamená, že povrchová vrstva obrobené části vykazuje větší tvrdost než původní materiál. Proto je nutné používat pozitivnější geometrii než při obrábění ocelí. Vyšší řezný odpor generuje podstatně vyšší tepelné namáhání nástroje. V důsledku nižší tepelné vodivosti titanu si i samotné třísky déle udržují teplo a tím je nástroj ještě více namáhán. Vlivem vysokých řezných sil a tepla pak dochází ke kráterovým výmolům podél břitu a tím k rychlému opotřebení nástroje.

Obr. 1. Příklad titanového leteckého dílu

Titan má také podstatně vyšší modul pružnosti než ocel. V kombinaci s vyšším řezným odporem se nežádoucí vlastnost odtlačování se obrobku od nástroje ještě zvyšuje. Tenkostěnné profily mají při obrábění snahu se bortit a vibrovat. To není dobré ani pro nástroj a s rozměrovou přesností jsou také problémy. Klíčem řešení situace je absolutně tuhý stroj, co možná nejpevnější upnutí obrobku a hlavně optimálně pozitivní geometrie řezného nástroje. Když tedy vše podtrhneme a sečteme, je jisté, že máme problém s produktivitou a vysokými náklady na nástroje.

Trochoidní frézování – způsob, jak dosáhnout efektivního obrábění titanu

Frézování mělkých či hlubších kapes v tomto materiálu je vždy problém. Při delší době nástroje v záběru se generuje vysoká teplota. Řezné tlaky pulzují tak, jak břit vniká a opouští řeznou zónu, což může vést k rezonanci a k vibracím. V úzké drážce je vysoká pravděpodobnost přeobrobení již oddělené třísky. Právě velký úhel opásání nástroje a větší poměr hloubky záběru a průměru nástroje také vede k problémům s přehříváním nástroje a ke špatnému odvodu třísek. Důsledkem je pak nutnost snížení řezných parametrů, a tím prudce klesá produktivita.

Obr. 2. Trochoidní frézování drážky monolitní karbidovou frézou v titanové slitině

Jednou ze strategií, jak docílit uspokojivé efektivity obrábění titanu, je trochoidní frézování. Použitím tohoto způsobu frézování drážek monolitní karbidovou frézou či čelní válcovou frézou s výměnnými břitovými destičkami lze většinu negativních vlivů eliminovat. Trochoidní nebo také spirálovité frézování spočívá v tom, že dráha nástroje je programována v kruhových drahách s přísuvem vpřed do záběru s každým cyklem. Průměr nástroje je menší než nominální šířka drážky. Pouze malá část nástroje je vždy v záběru. Tím vzniká dostatek místa pro odchod třísek ze záběru a tepelné namáhání nástroje se také snižuje. Pokud je to možné, doporučuje se používat sousledné frézování.

Nástroje pro trochoidní frézování

Pro tento způsob obrábění Iscar doporučuje použít stopkové frézy Chatterfree nebo nástroje řady Helido či Helimill s výměnnými destičkami. Monolitní karbidové frézy Chatterfree s variabilní zubovou roztečí jsou s ohledem na svoji konstrukci výhodným nástrojem pro zhotovování drážek a kapes nejen trochoidním způsobem frézování. Nástroje vynikají vysokým stupeň odolnosti vůči vibracím a životností. Čtyř- a pětibřitými frézami lze na strojích s ISO40/BT40 drážkovat bez problému do hloubky 2x D do plna. Jakost karbidu IC900 s povlakem PVD TiAlN zaručuje dokonalou kombinaci mechanických vlastností pro tento způsob frézování. Alternativní způsob této aplikace lze provádět čelními válcovými frézami s vyměnitelnými destičkami. Zde navíc oceníme výhodu nižšího přenosu tepla do nástroje díky řezné hraně rozdělené do segmentu z jednotlivých destiček.

Obr. 3. Programování trochoidního frézování drážky

Navzdory svému potenciálu představuje trochoidní frézování výzvu nejen pro programátory, ale i pro CNC systém stroje. V každém případě musí být stroj v dobré kondici a rovněž nástroj musí být výkonný. Obojí určuje, jak produktivní bude aplikace.

Programování

Donedávna měly některé konvenční CAM systémy problém s trochoidním frézováním. V takových případech musel programátor manuálně programovat kompletní cestu nástroje, přičemž program nebylo možné vizuálně zkontrolovat jinak než při běhu na stroji. Proto byl donedávna tento způsob málo používán. Vývojáři CAM softwaru nedávno přidali trochoidní frézování jako jednu ze sekcí CNC programování za účelem zkrácení a zjednodušení tohoto procesu. Díky tomu je nyní možné celý program i předem graficky simulovat.

Obr. 4. Alternativní způsob trochoidního frézování čelní válcovou frézou s vyměnitelnými břitovými destičkami

Přínosy trochoidního frézování

Při trochoidním frézování se používá vždy menší nástroj, než je předepsaná šířka drážky, takže jedním nástrojem lze vyrábět různé šířky drážek. Vzhledem k menším radiálním silám při tomto způsobu obrábění lze použít frézy s větším počtem zubů, a tak si dovolit vyšší minutový posuv.
Jak může trochoidní frézování zvýšit produktivitu a snížit náklady, vyplývá z příkladu použití nástroje Chatterfree v praxi. Řezné parametry a výsledky jsou uvedeny v tabulce. Běžná praxe potvrzuje, že při obrábění drážky do plna je třeba posuv snížit na 20 % oproti posuvu obvyklému při bočním frézování. Trochoidní frézování drážky umožní použít posuv ve výši až 80 % hodnoty posuvu používaného při běžném bočním frézování.

Tab. Porovnání standardního a trochoidního frézování drážky v titanové slitině

Ing. Evžen Horváth

Iscar
horvath@iscar.cz
www.iscar.cz

Reklama
Vydání #5
Kód článku: 120520
Datum: 15. 05. 2012
Rubrika: Trendy / Obrábění
Autor:
Firmy
Související články
900 000 nástrojových datových záznamů navíc

Nové rozhraní výrazně rozšiřuje datovou nabídku pro uživatele systému TDM. Ti mají nově k dispozici nástrojová data od více než 40 výrobců, tedy téměř pro každou obráběcí operaci.

Pohodlné upínání magnetem

Pokud jde o úsporu času při seřízení a upnutí obrobků bez deformace, je elektricky aktivovaná technologie permanentních magnetů považována za špičkový systém. S trochou konstrukční zručnosti mohou být během sekundy a bez deformace upnuty a z pěti stran obrobeny především velkoformátové díly. Ani v oblasti standardních modulů nezůstává vývoj bez odezvy. Moderní magnetické upínací desky umožňují optické nebo automatizované monitorování upínacího procesu.

Doplňkový katalog nástrojů

Specialista na třískové obrábění, společnost Ceratizit, vydává svůj nový doplňkový katalog Up2date, v němž opět představuje inovované nástroje, produktové doplňky i zcela nová nástrojová řešení - mezi nimi i čtyřbřitý vrták WTX HFDS.

Související články
Čištění upínacích kuželů nástrojů

Při obrábění je zpravidla věnována značná pozornost kvalitě řezných nástrojů a také způsobu jejich upnutí. Již menší pozornost ale bývá věnována rozhraní upínací kužel - vřeteno stroje. Přitom právě upnutí nástrojové sestavy ve vřetenu obráběcího stroje výrazným způsobem ovlivňuje jak celý proces obrábění, tak i trvanlivost ostří, bezpečnost a v neposlední řadě také životnost upínačů i drahých vřeten strojů.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Nové rozšíření řady WTX vrtáků

TK vrtáky typu WTX jsou již dlouhá léta stálicí na trhu. Pod produktovou značkou WNT nabízí Ceratizit Group prémiovou řadu vrtáků WTX z produktové kategorie Perfomance. Díky realizovaným inovacím se v nedávné době podařilo výrazně zvýšit výkonnost a životnost u řady vrtáků WTX Feed a WTX Speed. Do rodiny WTX vrtáků od ledna přibude další výjimečný a jedinečný nástroj, a to TK vrták se čtyřmi břity.

Kompaktní horizontální seřizovací přístroj pro Průmysl 4.0

Systémový dodavatel Kelch představil na veletrhu EMO v Hannoveru inovativní výsledky vývoje pro optimalizaci procesů, mezi nimi poprvé nově koncipovanou konstrukční řadu H3 z úspěšné série seřizovacích přístrojů Kenova set line.

Československá stopa u nového rekordu

Nový rekord počtu návštěvníků jsme zaznamenali na letošním technologickém setkání WFL Millturn Technologies.

Automatický systém hlídání použitého adaptéru

Společnost Kelch, která se specializuje na periferie a služby pro výrobce a uživatele strojů pro třískové obrábění, představuje plně automatické monitorování modulů MoDeTec. Tento patentovaný systém zabraňuje výběru nesprávných adaptérů ve výrobě, čímž se předchází vysokým následným škodám v podobě poklesu kvality, poškození stroje a zastavení výroby.

Novinka z varnsdorfské líhně

Přední evropský výrobce obráběcích strojů, TOS Varnsdorf, letos představil nečekanou novinku, která významně rozšiřuje nabídku výkonných obráběcích strojů z varnsdorfské líhně.

Nová generace tangenciálních rohových fréz

Nové tangenciální rohové frézy se vyznačují inovativním trojúhelníkovým tvarem okraje břitové destičky, který poskytuje řezným hranám výjimečnou pevnost.

Pro větší efektivitu ve výrobě

Spolupráce mezi výrobcem obráběcích strojů Hurco a dodavateli automatizovaných nakládacích systémů má za následek vyšší produktivitu a větší výnosy. Automatizované nakládání umožňuje rozšíření kapacity v kusové a malosériové výrobě bez potřeby dalšího personálu pro obsluhu strojů. Nakládací roboty je možno také využít v bezobslužných směnách nebo o víkendech.

Efektivní identifikace nástrojů a přenos dat

Systémový dodavatel Kelch GmbH uvádí na trh řešení Kelch QR pro kompletní, procesně spolehlivou identifikaci nástrojů, která zároveň přenáší data nástrojů do obráběcího stroje. Kelch QR je koncipováno jako jednoduché ekonomické řešení, které umožňuje podnikům zavést bez velkých dodatečných nákladů standardy Smart Factory a Průmyslu 4.0. Následující text představuje běžné metody, jako jsou tištěné etikety, postprocesor a moderní systémy, například RFID čipy a systémy pro správu nástrojů, a porovnává je s Kelch QR jako s jednoduchou a ekonomickou alternativou.

Optimalizace soustružení korozivzdorných ocelí

Použití korozivzdorných ocelí pro inženýrské aplikace vždy do určité míry vedlo k technickému paradoxu. Zatímco konstruktéři jsou nadmíru spokojeni s tím, jaké pevnostní vlastnosti a korozní odolnost tyto běžně používané materiály nabízejí, výrobní inženýři už jsou asi méně okouzleni jejich typickým deformačním zpevňováním a všeobecně špatnou obrobitelností. Avšak průmyslovými odvětvími, jako jsou výroba čerpadel a ventilů, výroba zařízení pro ropný a plynárenský průmysl, automobilový a letecký průmysl, jsou součásti z korozivzdorných ocelí výslovně požadovány i nadále.

Vyvrtávání hlubokých otvorů

V současné době jsou kladeny stále vyšší nároky na nástroje pro obrábění. Čím dál více se obrábí těžkoobrobitelné a různé nestandardní materiály. K tomu jsou obrobky po konstrukční stránce čím dál složitějšími.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit