Témata
Reklama

Nové perspektivy v obrábění titanových draků letounů

Rostoucí využití titanu pro aplikace v leteckém průmyslu je za poslední léta velmi dobře zdokumentováno. Stejně tak se tématem diskuze a zkoumání staly i problémy spojené s efektivním, produktivním a vysoce kvalitním obráběním tohoto oblíbeného materiálu. Každá obrobna chce samozřejmě při frézování titanu optimalizovat výkonnost použité frézy, ale bez vhodných technologií a správného know-how to nemusí být až tak snadné. Díky převratnému objevu se však v současnosti začínají v této oblasti věci měnit.

Očekává se, že odvětví letecké dopravy zaznamená v následujících letech prudký růst, neboť spotřebitelé budou i nadále směrovat svou poptávku k novým trasám a častější frekvenci letů. K dalším určujícím faktorům patří globální demografie a tvorba bohatství v Asii a na Středním východě. Podle společnosti Airbus je reálné, že během příštích 15 let vzroste objem letecké dopravy ve srovnání se současnou úrovní na dvojnásobek.

Reklama
Reklama

Roste poptávka po letadlech

Všechna tato očekávání ukazují na jediný výsledek – růst poptávky po letadlech. Naproti tomu výzvou pro OEM dodavatele do leteckého průmyslu bude zrychlení výroby.

Dodavatelskému řetězci v leteckém průmyslu to přináší jasný lavinový efekt. Strojírenské podniky po celém světě, které poskytují své služby tomuto sektoru, musejí splňovat rostoucí požadavky na výkonnost, objem výroby, kvalitu, dodací lhůty a cenu. Podle nedávného průzkumu společnosti Deloitte lze očekávat, že dodavatelský řetězec v leteckém průmyslu bude i nadále pokračovat ve své transformaci s cílem snížit náklady, zlepšit schopnost rychlé reakce a zvýšit rozsah investic.

Roste poptávka po letadlech – výzvou pro OEM dodavatele pro letecký průmysl bude zrychlení výroby.

Pokud jde o konstrukci letadel, poptávka po zvyšování podílu titanu v leteckých konstrukcích neustále roste, především z důvodu jeho vynikajícího poměru pevnosti vůči hmotnosti. Nicméně draky letounů jsou rozměrné součásti, u kterých je předtím, než je dokončený díl zcela připraven k následné montáži, často zapotřebí obrobit značné množství materiálu. S ohledem na to je důležité, aby dodavatelé obráběcích nástrojů nabízeli řešení, která umožňují dosažení vysoké produktivity a dlouhé a předvídatelné životnosti nástrojů. Aby však byly splněny požadavky moderních strojírenských podniků, které stojí před nutností optimalizace výroby titanových draků letounů, je zapotřebí více než jen inovace nástrojů. Někdy to vyžaduje zcela novou strategii.

Nový přístup

Jednou z takových strategií je stranové frézování s vysokými rychlostmi posuvu. Liší se od tradičních metod obrábění, které využívají velké radiální hloubky řezu a vyžadují použití nízkých řezných rychlostí v rozmezí 40–60 m.min-1. Pro stranové frézování s vysokými rychlostmi posuvu je charakteristická malá radiální hloubka řezu, konstantní hloubka třísky a vysoká řezná rychlost a rychlost posuvu.

Vědecko-výzkumný tým společnosti Sandvik Coromant se rozhodl vytvořit obráběcí nástroj, který by umožnil využití výhod nových strategií frézování, jako je stranové frézování s vysokými rychlostmi posuvu s podporou CAM programování, přičemž hlavní myšlenkou je, že zvýšení produktivity a prodloužení životnosti nástroje může přinést významné výhody.

Monolitní karbidová stopková fréza CoroMill Plura HFS byla navržena pro obrábění titanových slitin, především pro práci v kombinaci s využitím strategií stranového frézování s vysokými rychlostmi posuvu.

Po dvou letech usilovných vývojových prací je výsledkem monolitní karbidová stopková fréza CoroMill Plura HFS, což je z hlediska geometrie a nástrojové třídy unikátní řešení, které bylo speciálně navrženo pro obrábění titanových slitin, především pro práci v kombinaci s využitím strategií stranového frézování s vysokými rychlostmi posuvu.

Řezné rychlosti nad 100 m.min-1

Pro strojírenské podniky zabývající se výrobou titanových součástí byla vždy produktivita do jisté míry úskalím. Důvodem je, že obrobitelnost titanu zhoršují jeho vlastnosti, především jeho vysoká chemická reaktivita, nízká tepelná vodivost a deformační zpevňování. S cílem eliminovat tyto problémy byla nejnovější stopková fréza navržena tak, aby při obrábění titanových slitin s využitím řezných rychlostí přesahujících 100 m.min-1 nabízela spolehlivou výkonnost a přitom současně vykazovala i dlouhou životnost nástroje.

Hlavním mechanismem opotřebení při frézování titanových slitin je difuzní otěr, který je způsoben vzájemnou chemickou reakcí mezi titanem obsaženým v obráběném materiálu a chemickými prvky obsaženými v povlaku a substrátu nástroje. Vyšší teplota v místě řezu tuto chemickou reakci zesiluje, takže pro všechny, kteří chtějí dosáhnout delší životnosti nástrojů, je obzvlášť důležitý účinný systém přívodu řezné kapaliny.

Aby došlo ke zlepšení přenosu tepla z oblasti řezu a zvýšení účinnosti použití řezné kapaliny, je tato nejmodernější monolitní karbidová stopková fréza vybavena nově vyvinutým řešením vnitřního přívodu řezné kapaliny. Kanálky pro přívod řezné kapaliny mají výstupy (jeden na každou zubovou mezeru), které jsou speciálně umístěny tak, aby kapalině umožňovaly lépe proniknout do tepelně nejvíce namáhané části řezné zóny. Za účelem dalšího zvýšení účinnosti řezné kapaliny jsou nástroje opatřeny jedinečným zesilovačem účinku řezné kapaliny (probíhá patentové řízení). Ten je tvořen drážkami umožňujícími průtok řezné kapaliny po hřbetní ploše, které byly navrženy tak, aby zlepšovaly rozptyl tepla.

Hlavním mechanismem opotřebení při frézování titanových slitin je difuzní otěr. Pro dosažení delší životnosti nástrojů je obzvlášť důležitý účinný systém přívodu řezné kapaliny.

Charakteristika nástrojové třídy a geometrie

Dalším nezbytným předpokladem jsou při frézování titanových slitin ostré břity, protože pomáhají snížit velikost řezné síly a minimalizovat vliv deformačního zpevnění. U nového nástroje byly ostré břity zkombinovány s novým typem povlaku (probíhá patentové řízení), který je tvořen vnitřní vrstvou z TiAlN a vnější vrstvou obsahující křemík. Vnější vrstva reaguje s titanovou slitinou a na povrchu původního povlaku vzniká tenká, submikroskopická ochranná vrstva. Během obráběcího procesu kloužou nově vznikající třísky po povrchu ochranné vrstvy, což brání rychlému narušení původního povlaku a přispívá k prodloužení životnosti nástroje.

Jaké mohou být potenciální výsledky přechodu na tuto novou frézu v kombinaci se strategiemi frézování s vysokými rychlostmi posuvu, již bylo prokázáno v evropském závodě provozovaném jedním z hlavních OEM výrobců pro oblast leteckého průmyslu. Společnost zde chtěla zvýšit rychlost výroby, ušetřit čas a dostat pod kontrolu náklady při obrábění dutin v draku letounu vyrobeném ze slitiny Ti6Al4V na čtyřosém obráběcím centru.

Monolitní karbidová stopková fréza CoroMill Plura HFS je vybavena nově vyvinutým řešením vnitřního přívodu řezné kapaliny.

Výsledky

Díky nahrazení stávající frézy s vyměnitelnými břitovými destičkami určené pro vysoké rychlosti posuvu stopkovou frézou CoroMill Plura HFS pro obrábění materiálů ISO S bylo možné vhodně přizpůsobit hodnoty řezných parametrů tak, aby bylo dosaženo požadovaného zlepšení. Například řezná rychlost byla zvýšena z 50 na 110 m.min-1, současně došlo ke zvýšení axiální hloubky řezu z 1 mm na 30 mm. Zároveň byla snížena radiální hloubka řezu. Výsledky byly vskutku impozantní.

Původně činila doba obrábění dutin v draku letounu 150 minut, přičemž životnost nástroje byla 37,5 minuty. Použití stopkové frézy CoroMill Plura HFS pro obrábění materiálů ISO S přineslo zkrácení doby obrábění na třetinu, naproti tomu životnost nástroje se prodloužila na čtyřnásobek. Ve výsledku jen u samotného procesu výroby dutiny doložil závod roční úspory ve výši 14 000 eur.

Sandvik Coromant

Tiziana Pro, David Blurtsyan, Stefania Rizzuti

nevena.rasic@publitek.com

www.sandvik.coromant.com/cz

Reklama
Vydání #9
Kód článku: 180902
Datum: 05. 09. 2018
Rubrika: Výroba / Obrábění
Autor:
Firmy
Související články
Vzestup leteckého a vesmírného trhu

Pro sektor třískového obrábění je automobilový průmysl jedním z nejdůležitějších trhů. V trendu stále více se uplatňujícího elektrického pohonu automobilů se výrobci obráběcích strojů a nástrojů snaží objevit nové trhy. Zaměřují se na letecký a vesmírný průmysl.

Zrod (a znovuzrození) břitové destičky

Prakticky veškeré výrobky z kovů se obrábějí pomocí břitových destiček – ať už se jedná o letecký průmysl, výrobu energetických zařízení, nebo oblast spotřebního zboží. Břitové destičky jsou využívány ve velkém měřítku a pro širokou škálu aplikací, od frézování masivních bloků motorů a tvarového obrábění forem využívaných výrobci sportovní obuvi až po obrábění číselníků. Seznam požadavků na břitové destičky je dlouhý: vysoká odolnost proti opotřebení a dlouhá životnost, vysoké rychlosti úběru kovu a maximální spolehlivost, a to i v náročných podmínkách, jako jsou složité dráhy nástrojů nebo hluboké dutiny, špičková výkonnost při obrábění za sucha i za mokra a vynikající kvalita obrobené plochy při dodržení přísných tolerancí.

Nové nástroje z opotřebovaných nástrojů

Není-li možné nástroje ze slinutého karbidu dále přeostřovat, zbývá většinou pouze jedna možnost – odho-dit je do šrotu. Použití nově vyvinuté metody recyklace však nyní umožňuje tyto opotřebované nástroje využít jako výchozí polotovar pro výrobu nástrojů nových.

Související články
Společně k dalšímu vývoji

Stěhování společnosti Fylde CNC do nové budovy bylo sice jen na krátkou vzdálenost, ale v historii společnosti zaměřující se na zakázkové obrábění přesných dílů to znamená významný krok kupředu. Rozvoji firmy navíc pozitivně přispívá úzká spolupráce se společností WNT, která spravuje nástroje a poskytuje technickou podporu v oblasti třískového obrábění.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
EMO Hannover 2013: část 8 - upínání obrobků

V tomto vydání se již naposledy v ucelené monotematické retrospektivě poohlédneme po loňském veletrhu obráběcí techniky EMO Hannover. Autor tohoto příspěvku se zaměřil na problematiku upínání obrobků. A co nového v této oblasti firmy nabízejí? Čtěte dále.

EMO Hannover 2013: část 7 - Technologie, které mnohdy nejsou vidět

Význam a odborný dopad hannoverského veletrhu EMO je tak zásadní v oboru technologie obrábění, že se mu věnujeme na stránkách MM Průmyslového spektra i čtvrtý měsíc po zavření bran výstaviště. Tentokrát přinášíme ucelený pohled na materiály použité ve stavbě strojů.

Sedm celoživotních návyků

Ve věku, kdy se většina lidí spokojeně těší do důchodu, podnikatel z americké Indiany, Don Wood, založil firmu, která se ukázala být jeho největším celoživotním úspěchem. Růst firmy s názvem 80/20 je záviděníhodný a vznikl díky perfektním organizačním dovednostem a energii vložené zakladatelem firmy. Jeho recept na úspěch přesto není přísně střeženým tajemstvím.

Dokonalé povrchy řezných nástrojů

Leštění řezných hran nástrojů je čím dál žádanějším procesem v oblasti strojírenství. Stalo se již zřejmým faktem, že stav řezných hran má obrovský vliv na životnost nástroje a řeznou charakteristiku. Existuje dnes zajímavá alternativa dobře známým procesům, jako je broušení nebo tryskání. Je to úprava řezných hran pomocí vlečného omílání.

Silná geometrie s měkkým řezem

Existují prezentace produktů, které je potřeba přečíst si několikrát, než je člověk pochopí. Tato prezentace k nim ovšem nepatří. S-Cut SC-UNI je fréza, jejíž funkční princip lze přes její unikátní provedení, nebo právě proto, velmi snadno vysvětlit. Její břity ve tvaru S a extrémně nestejné dělení potlačující chvění vyvolané procesem obrábění vytvářejí z této frézy vysoce kvalitní nástroj, který v rámci veškerých srovnávacích testů poráží porovnávané frézy.

Okénko do historie

Na Vinohradech v Praze v historickém areálu rodiny Fričů sídlí malá nástrojařská dílna Nástrojárna NADO. Řemeslné dílny byly v tomto areálu od nepaměti, zejména se jednalo o výrobu hodinových strojků jako součástí měřicích přístrojů. Návštěva Nástrojárny NADO je spíše takovým okénkem do historie, ale přeci jen se v ní najde něco nového. Na jen několik let staré drátové řezačce Fanuc Robocut tam vyrábějí velmi přesné lisovací a tvářecí nástroje, dílenské přípravky a formy na vstřikování termoplastů.

Jak se vyvíjí a vyrábí proudový motor?

V letošním roce uvedla První brněnská strojírna Velká Bíteš (PBS) na trh nový turbínový motor PBS TJ150. Jedná se o proudový motor, u kterého se výkon, resp. tah motoru uvádí v jednotkách Newton. Maximální tah tohoto motoru činí 1 500 N. Je to již pátý typ proudového motoru, který tato exportně orientovaná firma dodává na zahraniční trhy.

Analýza ozubení rychlostí světla

Nároky na ozubení v automobilovém, leteckém a kosmickém průmyslu, ale i v oblasti klasických průmyslových převodovek neustále rostou. Jednou z výzev je kromě snížení ztrát způsobených třením v převodovce také zvyšující se požadavek na nehlučnost. To se týká zvláště hybridních vozů a elektromobilů. Je pochopitelné, že u součástek těchto převodovek stále roste důležitost vlastností povrchu při kluzném a valivém tření. Jednou z hlavních součástí převodovky jsou ozubená kola.

Horké komory pro práci s radioaktivním materiálem

V Řeži u Prahy bylo vybudováno nové výzkumné centrum, jehož součástí byla také výstavba kom-plexu horkých komor. Účelem výstavby bylo vytvořit pracoviště pro bezpečnou práci s vysoce radi-oaktivním materiálem. Po pěti letech budování se na začátku roku 2017 podařilo úspěšně zahájit aktivní provoz laboratoří, které jsou schopné zpracování, mechanického testování a mikrostrukturní analýzy radioaktivních materiálů (tlakové nádoby, vnitřní vestavby reaktorů, pokrytí paliva) s aktivi-tou až 300 TBq 60Co, materiálů pro reaktory III. a IV. generace a fúzní reaktory.

Chceme svítit

Povědomí o bývalém vojenském prostoru Stříbro v západní části naší republiky přinášejí buď vzpomínky osobního rázu, nebo přicházejí skrze narukované, kteří zde společně, převážně s romskými spoluobčany z tehdejšího východu Československa, v tankových praporech chránili naši republiku proti vpádu západních imperialistů. Doba se naštěstí změnila. Nyní je to rozvíjející se region jak díky blízkosti k Německu a hlavní dálniční tepně, tak i zásluhou generace techniků, kteří se zde kolem plzeňské Škody zrodili a po jejím rozpadu a rozmělnění se vydali na cestu soukromého podnikání ve strojírenském oboru. Do jedné z takových firem, nacházející se v Kladrubech u Stříbra, jsem se vypravil. Důvodem byla ukázka vzniku a růstu dalšího partnerství s dodavatelem technologií obrábění, společností Mazak.

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