Optimalizace při pětiosém obrábění

Stále více výrobců také zjišťuje, že při provádění pětiosých obráběcích operací mohou díky výběru a používání nejmodernějších obráběcích nástrojů a nástrojových systémů dosáhnout zvýšení produktivity, hospodárnosti a kvality součásti.

Řešení pro součásti motoru

Při obrábění součástí leteckých motorů, např. lopatek turbíny nebo lopatkových kol, jsou časté simultánní pohyby v rotačních a naklápěcích osách obráběcích center. Z toho důvodu je vhodné při výrobě ploch, které nemají rovinný charakter, jak je tomu např. v případě proudnicového tvaru lopatek, dát přednost kónickým stopkovým frézám s kulovým čelem. Vzhledem k možnosti využití všech stran.

Přesto však výběr správného nástroje představuje jen jednu polovinu věci. Strategie obrábění využívané pro odebrání materiálu mají zásadní význam s ohledem na minimalizaci vibrací. Bohužel vibrace jsou nežádoucím průvodním jevem při obrábění s dlouhým vyložením nástroje, které je často nezbytné pro zajištění jeho dosahu hluboko dovnitř dutiny nebo kapsy. Za vhodný způsob potlačení sklonu k vibracím u řady pětiosých aplikací s dlouhým vyložením se podle zkušeností firmy Sandvik Coromant ukazuje jejich provádění při menších axiálních a velmi malých radiálních hloubkách řezu. To má pozitivní vliv na působení výslednice řezných sil směrem proti stopce nástroje a vřetenu obráběcího centra.

Proudnicový profil lopatek turbíny

Obrobení lopatky turbíny je složitý úkol. Každý ze specifických prvků, který se váže k lopatkám turbíny, jako např. proudnicový profil, věnec, náboj, hlava, patka nebo závěs, vyžaduje pečlivé posouzení a výběr řešení pro jejich obrábění.

Dodavatel obráběcích nástrojů je schopen nabídnout komplexní řešení pro výrobu součástí, jako jsou lopatky turbín a celá řada dalších součástí leteckých motorů. Jako jeden z mnoha příkladů lze zmínit čelní frézy s vyměnitelnými břitovými destičkami řady CoroMill 300, které firma Sandvik Coromant doporučuje pro pětiosé šroubovicové polodokončování proudnicového profilu. Díky využití programování dráhy nástroje s narolováním do řezu a kruhovým břitovým destičkám, u kterých se při obrábění houževnatých materiálů, např. titanu nebo žárovzdorných slitin (HRSA), významně snižuje velikost opotřebení ve tvaru vrubu, poskytují frézy CoroMill 300 řadu možností pro využití vysokých rychlostí posuvu. Tyto frézy jsou také velmi často využívány pro hrubovací frézování v oblasti nálitků na skříních turbín, které jsou obvykle vyráběny z žárovzdorných slitin, např. Inconel nebo Waspalloy.

Letecké motory

Oběžná/lopatková kola jsou stále běžnější u kompresorové části leteckých motorů, vzhledem k výhodám, které nabízejí s ohledem na hmotnost, účinnost a údržbu. Například při výrobě uzavřené drážky v titanu doporučují odborníci na nástroje použití strategií využívajících pro frézování pouze špičku nástroje. Pro tento účel se dobře hodí nedávno představená fréza s výměnnými řeznými hlavami CoroMill 316 s kulovým čelem, protože nabízí dobrý poměr mezi produktivitou a hospodárností - a hlavně, axiální hloubka řezu je omezena na jednu polovinu průměru nástroje.

Naproti tomu je při provádění stejné operace ve slitinách Inconel přednostní strategií trochoidální frézování. Jedná se o 2D metodu, která na omezeném prostoru využívá techniky vysokorychlostního frézování pro vytvoření tvarů typu uzavřené drážky v houževnatých materiálech. Dráha nástroje je naprogramována tak, aby byl veden po spojité spirálové dráze (s narolováním a vyrolováním ze záběru), s kontrolovanou velikostí oblouku záběru břitu tak, aby řezné síly zůstaly nízké a bylo možné použití velkých axiálních hloubek řezu. Stopková fréza CoroMill Plura s kulovým čelem s 50° podbroušením stopky je za předpokladu práce s malou radiální hloubkou řezu optimalizovaná pro použití axiálních hloubek řezu do dvojnásobku průměru nástroje.

Dokončování profilu lopatky se poněkud liší v tom, že pokud to obráběná součást, CAM software a nástroj umožňují, jsou upřednostňovány strategie frézování stěn bokem skloněné frézy, protože díky velkým axiálním hloubkám řezu představují nejrychlejší alternativu. Pro tyto účely lze často využít standardní programy kónických stopkových fréz s kulovým čelem.  

Lopatky turbín se obvykle dělí do dvou skupin - na rotorové a statorové - a v běžné praxi jsou pro tyto dva typy charakteristické různé upínací systémy a různé tvary patky, jež jim umožňují lépe odolávat různým zatížením, kterým jsou v provozu vystaveny. Statorové lopatky mají obvykle na jedné straně patky malou drážku, kterou lze poměrně snadno zhotovit pomocí monolitních karbidových nebo stopkových fréz s vyměnitelnými břitovými destičkami. Rotorové lopatky mohou využívat různé upínací systémy, např. závěs se stromečkovým profilem nebo hluboké drážky zhotovené s lichoběžníkovým příčným průřezem. Tyto odchylky v profilu a provedení patek lopatek vyžadují použití různých strategií pro jejich obrábění.  

Při obrábění stromečkového profilu může být často prospěšná změna polohy upínacího přípravku tak, aby osa nástroje byla rovnoběžná s podélnou osou lopatky. V takovém případě je pak s pomocí speciálního adaptéru možné využít stromečkový závěs pro upnutí lopatky v průběhu následných hrubovacích operací a tím eliminovat požadavky na obrobení (a pozdější odstranění) zvláštních upínacích prvků na těle obráběné součásti. Dosažení maximální rychlosti úběru kovu a životnosti nástroje umožňují strategie frézování využívající frézy CoroMill 390 s dlouhými břity za předpokladu, že po obou stranách profilu lopatky je aplikován sousledný způsob frézování.

Centroplán

Komplikované a složité plochy, tvary a prvky se také vyskytují u řady součástí draků letadel. Za příklad může posloužit centroplán (střední část křídla), který z pohledu tvaru obráběných ploch představuje mimořádně náročný problém. Pro řadu partií centroplánu je v současnosti možné nahradit obrábění stopkovými frézami s kulovým čelem technikou, která pro vytvoření složitých ploch využívá stopkové frézy a naklonění vřetena obráběcího stroje (tzv. Sturz milling). Relativním skloněním nástroje vůči obrobku je při obrábění na pětiosých obráběcích centrech dosaženo toho, že dráha frézy získává eliptický tvar. Tato mírně eliptická dráha umožňuje použití rychlejšího postupu nástroje (šířky záběru) při zachování požadované výšky nerovností.

Frézování nakloněnou frézou je velice vhodné pro velké, mírně zakřivené plochy, jaké se vyskytují např. na vnějších částech většiny dílů centroplánu. Využití této strategie společně s frézami CoroMill 390 a PCD břitovými destičkami s ostrými, pozitivními břity, umožňuje dosažení vysokých rychlostí úběru kovu, aniž by docházelo ke zhoršení jakosti obrobené plochy nebo kvality součásti.

Obrábění kapes a dutin je operace, která se mimořádně často vyskytuje při výrobě dílů draků letadel. Předpokládejme nyní dokončování 3D dutiny s ostrými úhly (méně než 90°), například takové, jakou můžeme najít u kozlíků křídel. V takovém případě, jestliže jsou na obou stranách rohy s ostrými úhly a na ploše dna je zaoblení, má přednost použití pětiosých strategií obrábění pomocí stopkových fréz s kulovým čelem.  

Dana Benešová

dana.benesova@mmspektrum.com

Sandvik Coromant 

On-line verzi časopisu MM Průmyslové spektrum si můžete nově zakoupit v digitální trafice PUBLERO.