Obráběcí nástroje pro letecký průmysl

Špatná obrobitelnost těchto materiálů má za následek nízké řezné rychlosti, což výrazně snižuje produktivitu a zkracuje životnost nástroje. Oba tyto faktory přímo souvisejí s řeznými nástroji. Společnost Iscar, jako výrobce řezných nástrojů, si uvědomuje, že na funkčnosti řezného nástroje závisí úroveň produktivity. Pravdou je, že řezné nástroje ve svém vývoji mírně zaostávají za pokrokem u obráběcích strojů a tato mezera ve vývoji omezuje možnosti špičkových strojů při výrobě leteckých komponentů.

Moderní letadla, a zejména pak bezpilotní letouny (UAV) mají podstatně vyšší podíl použitých součástí vyrobených z kompozitních materiálů. Efektivní obrábění kompozitních materiálů si žádá specifické řezné nástroje, na které se zaměřuje technologický vývoj v leteckém průmyslu.

Letecký hliník je i nadále široce používaným materiálem pro prvky draku letounů. Mohlo by se zdát, že obrábění tohoto materiálu je jednoduché, avšak výběr správného řezného nástroje je nezbytným klíčem vedoucím k úspěchu při vysoce produktivním obrábění hliníku.

Složitý tvar dílů je specifickým znakem technologie turbínového motoru. Většina geometricky komplikovaných částí leteckých motorů pracuje ve vysoce korozivním prostředí, a proto je vyrobena z těžko obrobitelných materiálů, jako je titan a vysokoteplotní slitiny, aby byla zajištěna požadovaná odolnost a dlouhá životnost. Složitost tvaru, nízká obrobitelnost materiálu a požadavky na vysokou přesnost jsou hlavními překážkami při výrobě těchto dílů. Moderní víceosá obráběcí centra umožňují použít různé strategie obrábění, a tím poskytují efektivnější způsob obrábění tvarově složitých dílců. Ale řezný nástroj, který přichází do přímého kontaktu s obrobkem, má silný dopad na celkový úspěch procesu obrábění. Intenzivní opotřebení nástroje ovlivňuje přesnost povrchu, zatímco nepředvídatelné a náhlé poškození nástroje může v extrémních případech vést až k vyzmetkování celého dílu.

Moderní víceúčelové stroje, soustruhy švýcarského typu a soustruhy s revolverovou hlavou s poháněnými nástroji zásadně změnily výrobu malých dílů různých hydraulických a pneumatických systémů, pohonů a příslušenství, které se používají v letadlech. V důsledku toho vyžaduje letecký průmysl stále více řezných nástrojů, které jsou speciálně navrženy pro tyto stroje, aby bylo dosaženo maximální efektivity obrábění.

Řezný nástroj, jakožto nejmenší součást výrobního systému, je klíčovým prvkem pro podstatné zlepšení výkonu. Výrobci leteckých dílů a výrobci obráběcích strojů proto čekají na inovativní řešení pro novou úroveň procesů odstraňování přebytečného materiálu od výrobců a dodavatelů řezných nástrojů. Cíle řešení jsou evidentní: vyšší produktivita a delší životnost nástrojů. Obrábění složitých tvarů konkrétních leteckých dílů a velkých dílů draku vyžaduje od nástroje předvídatelnou životnost pro spolehlivé plánování procesu a včasnou výměnu opotřebovaných nástrojů nebo jejich vyměnitelných komponent, jako jsou například břitové destičky.

Výrobce řezného nástroje má omezené možnosti pro nalezení ideálního řešení a jako hlavní prostředky vedoucí k pokroku má pouze materiál řezného nástroje, řeznou geometrii a inovativní robustní tvar. Nicméně navzdory těmto omezeným možnostem výrobci řezných nástrojů pokračují ve všech snahách poskytovat novou generaci nástrojů, které splňují rostoucí požadavky leteckého průmyslu. Onemocnění covid-19 výrazně zpomalilo vývoj průmyslu, ale to neznamená, že požadavky průmyslu jsou o něco méně aktuální. Nejnovější konstrukce nástrojů jsou dobrým důkazem reakce výrobců řezných nástrojů na poptávku po výrobě komponentů pro letecký průmysl.

Při obrábění leteckých materiálů, jako jsou titan, vysokoteplotní superslitiny (HTSA) a žáruvzdorné oceli, je vysokotlaké chlazení (HPC – High Pressure Cooling) velmi účinným nástrojem pro zvýšení výkonu a produktivity. Proud chladiva přesně směrovaného na řeznou hranu výrazně snižuje teplotu v místě řezu a nedochází k nežádoucímu přenosu tepla do nástroje, tříska se lépe utváří a dělí se na menší segmenty. To umožňuje použít vyšší řezné parametry a výrazně se prodlužuje životnost nástroje ve srovnání s konvenční metodou přívodu chlazení. Jasným a nezpochybnitelným trendem poslední doby ve výrobě leteckých komponentů je stále intenzivnější používání vysokotlakého chlazení při obrábění těžko obrobitelných materiálů. U firmy Iscar mají nástroje, které umožňují použít vysokotlaké chlazení, zpravidla na konci svého označení příponu JHP.

Iscar, jeden ze světových lídrů ve výrobě řezných nástrojů, má širokou škálu nástrojů pro obrábění s vysokotlakým chlazením. V loňském roce tato firma rozšířila svůj sortiment zavedením nových fréz pro „klasické“ vyměnitelné břitové destičky Heli2000 a Helimill se dvěma břity (viz obr. 1).

V 90. letech 20. století představila společnost Iscar řadu vyměnitelných frézovacích nástrojů Helimill pro vyměnitelné břitové destičky s řeznou hranou ve šroubovici. Nově vyvinutý tvar geometrie destičky zachovává veškeré výhody této řady nástrojů s pozitivním úhlem čela a řezná hrana ve šroubovici vede ke klidnému a hladkému chodu nástroje s výrazným snížením spotřeby energie. Princip řady nástrojů Helimill se stal uznávaným konceptem při konstrukci 90° fréz s vyměnitelnými destičkami.

Systém Helimill byl později dále upraven a prošel konstrukčními změnami, které vedly k dalším řadám fréz a břitových destiček s více břity. Další vývojové stupně systému Helimill vedly k dalšímu systému s názvem Helido a díky vynikajícímu výkonu si získaly neobyčejnou popularitu v kovoobráběcím průmyslu. A proto byly, v přímé reakci na poptávku trhu, logickým krokem ve vývoji této osvědčené řady nástrojů Helimill a Helido další vývojové řady moderních řešení, umožňující použít vysokotlaké chlazení.

V oblasti soustružení společnost Iscar značně rozšířila svoji řadu modulárních nástrojových sestav, které jsou složeny z ocelového držáku nebo antivibrační tyče Whisperline a vyměnitelných hlav AVC s vyměnitelnými destičkami. Díky drážkování na čele držáku nebo antivibrační tyče se tyto nástroje hodí pro širokou škálu vyměnitelných hlav s řadou různých typů geometrií břitových destiček, včetně závitovacích, standardních ISO soustružnických a zapichovacích pro ještě větší flexibilitu systému.

Nástroje jsou dostupné v běžném provedení vnitřního držáku SH-D i jako antivibrační tyč AV-D a liší se upínacím rozhraním: válcová stopka nebo s upínacím rozhraním tvaru polygonálního kuželu (Camfix). Společným znakem tohoto modulárního systému je vyústění kanálku vnitřního chlazení přímo na břit destičky (viz obr. 2). V závislosti na průměru nástroje s válcovou stopkou se maximální tlak chladicí kapaliny pohybuje od 30 do 70 barů, zatímco nástroje s polygonální kuželovou stopkou Camfix umožňují použít vysokotlaké chlazení až 300 barů. Efektivní přívod chladicí kapaliny výrazně prodlužuje životnost břitové destičky tím, že zamezuje nežádoucímu přenosu tepla a také pomáhá správné tvorbě a odvodu třísek z místa řezu. Proto tyto nástroje nacházejí široké uplatnění v leteckém průmyslu.

Obrábění kompozitních materiálů je velmi složitá disciplína plná různých nástrah. Vysoká abrazivita kompozitů zvyšuje míru opotřebení a dramaticky snižuje životnost nástroje a ovlivňuje jeho výkon. Vrtání je nejběžnější operací při obrábění kompozitů, a proto i sebemenší vylepšení funkčnosti vrtacích nástrojů je klíčové.

Společnost Iscar vyvinula řadu nových vrtáků určených zejména pro kompozitní materiály. Pro zvýšení odolnosti proti oděru mají tyto vrtáky pájený břit z polykrystalického diamantu (PCD) nebo břit opatřený diamantovým povlakem. V závislosti na průměru vrtáku je řezná část opatřena hrotem (označení SCD-WPCD) nebo špičkou (označení SCD-FNPCD) z pájeného PCD a v obou případech je možné až pětinásobné přebroušení. Monolitní karbidové vrtáky s diamantovým CVD povlakem (označení SCD-CVD) jsou atraktivní díky další specifické konstrukční vlastnosti, kterou je zvlněný tvar hlavních břitů. Takto speciálně konstruovaná geometrie řezné hrany účinně snižuje řezný odpor a omezuje delaminaci a otřepy při vrtání CFRP a vrstvených CFRP s hliníkovými fóliemi.

Kromě kompozitů jsou vrtáky s diamantovým CVD povlakem vhodné i pro obrábění dalších vysoce abrazivních materiálů.

Vrtání hlubokých otvorů o malém průměru je běžnou operací při výrobě leteckých komponentů. Speciálně pro tyto operace jsou určeny nové monolitní karbidové vrtáky SCD-SXC firmy Iscar, které jsou dostupné v průměrech 3–10 mm (viz obr. 3). Kombinace speciální geometrie, dvou vodicích fazetek, leštěných drážek, vícevrstvého povlaku a vnitřního chlazení činí z této řady nástrojů velmi efektivní nástroj pro vrtání otvorů do austenitické nerez oceli, žáruvzdorné oceli a slitin na bázi železa, a to až do hloubky 50 × D s jedním nástrojem.

Profily lopatek proudových motorů, kompresorů, impelerů a rotorů s integrovanými lopatkami (IBR) mají složitý tvar, který je definován aerodynamickými požadavky. K této složitosti se přidává nový vývoj zaměřený na zlepšení účinnosti leteckých motorů. Pokrok v technologii přinesl nové metody výroby tvarových dílů, zejména 3D tisk, což výrazně snižuje množství přebytečného materiálu určeného k odebrání. Konvenční třískové obrábění však zůstává nejběžnější metodou konečné metody opracování při výrobě geometricky složitých leteckých komponent. Pokrok v pětiosém obrábění a v systémech CAD/CAM výrazně pomohl překonat potíže při výrobě dílů pro letecký průmysl.

Soudečkové frézy jsou velmi vhodným nástrojem pro pětiosé obrábění leteckých komponentů s tvarově složitými povrchy. Společnost Iscar vyvinula řadu soudečkových fréz o průměru 8–16 mm, které jsou dostupné jako monolitní karbidové frézy nebo v systému Multi-master s vyměnitelnou karbidovou hlavicí. Zavedením těchto nástrojů do obráběcích procesů lze dosáhnout vyšší produktivity při obrábění lopatek.

U víceúčelových strojů a soustruhů švýcarského typu závisí efektivita odebírání přebytečného materiálu, do značné míry, na správném výběru nástroje. Abychom dosáhli vyšší produktivity v omezeném prostoru stroje, je nutné dodržet základní požadavek a zajistit maximální tuhost upnutí nástroje a minimalizovat jeho vyložení.

S novou prodejní kampaní Neologiq uvedla společnost Iscar na trh novou řadu stopek Neocollet (viz obr. 4), které umožňují přímé upínání do ER kleštinových upínačů bez použití ER kleštin. Výhodou systému je vyšší tuhost upnutí. Na novou řadu stopek Neocollet se upínají vyměnitelné celokarbidové frézovací hlavice z řady T-SLOT s označením SD-SP.

Jak již bylo několikrát zmíněno, použití vysokotlakého chlazení může podstatně zlepšit výkon obrábění, zejména pokud se jedná o problematické materiály, jako je titan, vysokoteplotní superslitiny (HTSA), různé typy nerez ocelí a další těžko obrobitelné materiály používané v leteckém průmyslu. Iscar také nabízí nové soustružnické nástroje s držákem se čtvercovým průřezem stopky a spolehlivým upínacím mechanismem pro 55° kosočtvercové destičky, které rovněž umožňují použít vysokotlaké chlazení při podélném, čelním a tvarovém soustružení dílů s malým průměrem (viz obr. 5).

Výše uvedené příklady novinek ilustrují, jak se firma Iscar stále snaží najít efektivnější řešení pro splnění nových požadavků leteckého průmyslu. Zpomalení průmyslu a růstu ekonomiky, včetně omezení výroby letadel, způsobené pandemií nemoci covid-19, však nesnížilo ani jinak negativně neovlivnilo zaměření firmy Iscar na uspokojení potřeb obchodních partnerů a spotřebitelů nástrojů v leteckém průmyslu. Naopak byly vyvinuty nové progresivní řezné nástroje, které bezpochyby Iscar úspěšně implementuje do modernizované technologie výroby po renesanci ve výrobě letadel zítřka.