Nástroje pro obrábění v leteckém průmyslu

K dosažení těchto cílů je nezbytné neustálé zlepšování konstrukce leteckých motorů a konstrukčních prvků draků letadel, dále zvyšování ochrany letounů proti poškození blesky, námrazou apod. Tomu napomáhá používání nových materiálů, které s sebou přináší zvýšené požadavky na technologii obrábění a konstrukci řezných nástrojů. Všechny tyto skutečnosti jsou důvodem, proč je letecká výroba tak důležitým faktorem ve vývoji nových obráběcích nástrojů.

Mnoho materiálů používaných při výrobě konstrukčních dílů letadel má velice špatnou obrobitelnost. Titan, vysokoteplotní superslitiny (HTSA), které neztrácejí svoji pevnost ani při vysoké tepelné zátěži, kompozitní materiály – to vše jsou materiály, které lze obtížně obrábět. Aby zlepšili produktivitu obrábění, musejí výrobci dílů letadel používat výkonné obráběcí stroje, na kterých je zároveň nutné využívat inovativní technologie obrábění. Za těchto podmínek výrazně vzrůstá důležitost vhodně zvoleného obráběcího nástroje. Obráběcí nástroj s nízkou životností může být nejslabším článkem v celém výrobním procesu a může výrazně snižovat produktivitu výroby. Zákazníci v leteckém průmyslu očekávají vysokou spolehlivost nástrojů a vysoký výkon a produktivitu obrábění. Aby výrobci řezných nástrojů dostáli těmto očekáváním, musejí klást velký důraz na vývoj nástrojů a řezných materiálů a často používat nekonvenční řešení při návrhu i výrobě.

Většina řezných nástrojů se vyrábí ze slinutých karbidů. V posledních letech Iscar představil několik druhů slinutých karbidů, které byly vyrobeny speciálně pro použití v leteckém průmyslu. Jedním z nich je karbid IC5820. Tento typ karbidu kombinuje výhody nového submikronového substrátu, tvrdého CVD povlaku a postpovlakovací povrchové úpravy, čímž je dosaženo vysoké pevnosti a tepelné odolnosti. Destičky vyrobené z tohoto karbidu jsou určeny především pro frézování titanu. Vysokotlaké chlazení (HPC) přivedené přímo do místa řezu výrazně zlepšuje trvanlivost a výkon destičky.

Keramika – další druh řezného materiálu – má ve srovnání se slinutými karbidy vyšší tvrdost, tepelnou odolnost a chemickou stálost při vyšších teplotách. To znamená, že řezná keramika umožňuje obrábět vyššími řeznými rychlostmi a je odolná proti difuznímu opotřebení. Iscar v poslední době vyvinul a začal vyrábět řadu monolitních stopkových fréz z řezné keramiky určených pro obrábění dílů z vysokoteplotních superslitin (HTSA). Tyto stopkové frézy jsou vyrobeny z keramiky označované jako SiAlON, tvořené křemíkem (Si), hliníkem (Al), kyslíkem (O) a dusíkem (N). Tyto keramické frézy umožňují ve srovnání s monolitními nástroji ze slinutých karbidů zvýšit řeznou rychlost až 50x, což může dramatickým způsobem snížit strojní čas obrábění.

Společnost ISCAR rozšířila výrobní řadu vyměnitelných břitových destiček z řezné keramiky SiAlON i o soustružnické destičky určené pro obrábění materiálů HTSA. Nové produkty již prokázaly svoji efektivitu při soustružení součástí leteckých motorů z materiálů Waspaloy, Inconel a Rene. Ve srovnání s ostatními druhy silicon-nitridové keramiky má SiAlON vyšší odolnost proti oxidaci, ale nižší houževnatost. Při použití destiček ze SiAlON je proto velmi důležitá úprava řezné hrany. Úprava řezné hrany označovaná firmou Iscar jako „TE“ byla vytvořena právě pro tento typ řezné keramiky a přinesla zlepšení životnosti při hrubovacích operacích s přerušovaným řezem.

Zlepšování řezné geometrie je důležitým směrem ve vývoji obráběcích nástrojů. Řezná geometrie je předmětem teoretických i experimentálních výzkumů a dosažené výsledky přinesly nový účinný nástroj v konstrukci obráběcích nástrojů – 3D počítačové modelování tvorby třísky. Konstrukční a vývojové oddělení firmy Iscar aktivně využívá toto modelování při hledání optimální geometrie navrhovaných břitových destiček a monolitních nástrojů.

Utvářeč F3S pro velmi oblíbené ISO destičky, jakými jsou CNMG, WNMG a SNMG, byl speciálně navržen pro obrábění vysokoteplotních slitin na bázi niklu a dalších exotických materiálů (obr. 2). Tento utvářeč umožňuje docílit klidného a stabilního řezu s výborným dělením třísky. Velice dobré pracovní výsledky destiček s touto geometrií jsou přímým výsledkem počítačového modelování tvorby a odchodu třísky z místa řezu.

V oblasti výroby otvorů počítačové modelování výrazně přispělo k dosažení správné řezné geometrie vyměnitelných vrtacích hlaviček Sumocham, používaných při vrtání těžko obrobitelných austenitických a duplexních nerezových ocelí až do hloubek 12x D.

Výrobky v leteckém průmyslu se navzájem velmi liší použitým materiálem, rozměry, svou konstrukcí, složitostí tvarů a mnoha dalšími faktory. Aby byli výrobci schopni vyrobit tak pestrou škálu velmi odlišných obrobků, potřebují desítky různých strojů a musejí využívat mnoho různých technologických procesů. Ne každý standardní nástroj je vhodný pro použití v letecké výrobě a dá se říci, že zákazníci z oboru letecké výroby jsou největšími spotřebiteli speciálních a různě upravených nástrojů.
Pro některé zákazníky, kteří vyrábějí díly z titanu, by mohlo být zajímavým řešením použití speciálních nástrčných fréz a standardních upínacích trnů, zatímco jiné firmy vyrábějící podobné díly dávají přednost speciálním frézám s integrálním upínačem pro přímé upnutí do vřetena stroje.

Iscar vyvinul výrobní řady rotačních nástrojů Multi-Master a Sumocham s vyměnitelnými hlavicemi a různými způsoby upínání. Výhodou tohoto řešení je skutečnost, že velký počet vzájemných kombinací vyměnitelných hlavic a upínačů výrazně snižuje spotřebu speciálních, často velmi nákladných nástrojů.

Dalším příkladem přizpůsobení standardních nástrojů požadavkům zákazníků jsou modulární vrtáky pro vícevřetenové automaty a dlouhotočné automaty švýcarského typu. Jedná se o vrtáky řady Sumocham opatřené upínacím závitem systému Flexfit. Vícevřetenové automaty a dlouhotočné automaty švýcarského typu mají většinou velmi omezený prostor pro nástroje. To znamená, že nástroje pro tento typ strojů musejí být co nejkratší, aby se zabránilo kolizím, a zároveň musejí být navrženy tak, aby se maximálně ulehčilo jejich seřizování. Vrtáky Sumocham s upínáním Flexfit i plochá upínací pouzdra byly navrženy tak, aby přesně splňovaly oba tyto požadavky.

V reakci na požadavky zákazníků z leteckého průmyslu Iscar rovněž rozšířil výrobní řadu Multi-Master o nástroje s větším upínacím závitem. Nyní jsou k dispozici vyměnitelné frézovací hlavice až do průměru 32 mm (1,25").

I když by se mohlo zdát, že obrábění hliníku je velmi jednoduchý proces, představuje opravdu efektivní obrábění hliníkových dílů celý soubor technologií s vlastními pravidly a problémy.

Nutnost zvýšit produktivitu obrábění a množství odebraného materiálu za jednotku času, zvláště při obrábění velkých konstrukčních prvků letadel, vedla výrobce obráběcích strojů k vývoji výkonných frézovacích strojů (až 150 kW) s vysokootáčkovými vřeteny (až 33 000 min^-1). Pro použití na těchto výkonných strojích Iscar vyrobil 90° frézy s vyměnitelnými břitovými destičkami umožňujícími obrábět s hloubkou řezu až 22 mm (0,870"). Speciální tvar lůžka zvyšuje odolnost destičky proti velkým odstředivým silám a zabraňuje jejímu radiálnímu posunu. Tato konstrukce umožňuje spolehlivě frézovat s těmito nástroji až do otáček 31 000 min^-1.
V oblasti výroby otvorů vyvinul Iscar nové břitové destičky pro vrtáky z výrobní řady DR-Twist. Tyto destičky jsou obvodově broušené, mají ostrou řeznou hranu a leštěné čelo, což zamezuje tvorbě nárůstku.

Iscar

www.iscar.cz