Témata
Reklama

Poznatky z obrábění titanových slitin TiAl16V4

Jako důsledek vlivu rozvíjejícího se tržního prostředí v Česku lze jistě označit iniciativu závodu Kovosvit Sezimovo Ústí, kde se zajímají o zvyšování připravenosti pro komplexní řešení zákaznických požadavků.

Neustálou redukcí i odborných kapacit ve výrobních závodech zákazníků se totiž otevírá prostor pro dodávky obráběcích strojů s technologií "na klíč". Lze dokonce říci, že se technologie při prodeji strojů může stát i rozhodujícím faktorem.
Obrábění titanových slitin patří k časově náročným operacím a posunout produktivitu o pár procent výš je velmi motivující. Zde také vzniklo zadání na rozšíření vlastních zkušeností s touto technologií.
Pro vlastní zkoušky obrábění titanu byla zakoupena nečastěji se vyskytující titanová slitina TiAl6V4 v normě 3.7164 s rozměry 100 x 100 x 200 mm, a to na základě speciálně navrženého zkušebního obrobku (viz obr. 1) s prvky 2D a 3D, ve tvarech jak se mohou v různých obměnách na výrobcích vyskytovat. Jako pracoviště bylo vyčleněno vertikální obráběcí centrum MCV 1000 SPEED, umístněné v zákaznickém centru závodu Kovosvit. Pro účast na zkoušce byly pro své reference vybrány firmy Hitachi s celistvými nástroji ze slinutého karbidu, dále pak fa Walter s nástroji s vyměnitelnými břitovými destičkami a konečně firma DC-Swiss se závitořeznými nástroji.
Reklama
Reklama
Reklama

Otázky chlazení při konvenčním obrábění rovinných ploch

Chlazení při frézovacích operacích, jak je již delší dobu známo, životnost břitu ze slinutého karbidu neprodlužuje. Přesto není možno je jednoznačně zavrhnout. U některých materiálů, které mají sklon k tvorbě nárůstků na břitu, nebo z důvodů odvodu tepla ze soustavy a v neposlední řadě i pro funkci odvádění třísek z prostředí operace, bývá chlazení nepostradatelné. Při konvenčním obrábění titanových slitin se chlazení emulzí projevuje rovněž příznivě. Zde se ale chlazení "přiživuje" na mazacím účinku chladicí kapaliny. Titan jako převažující prvek slitiny se sklonem ke zpevňování a tvorbě karbidů působí totiž silně abrazivně na hřbetní plochu břitu (otěrová šířka Vb). Pásma bd na obr. 2 jsou zde dominantní. Negativní vliv chlazení v podobě tzv. hřebenových trhlin s únavovou iniciací se zde většinou ani nestačí projevit pro malý počet cyklů (tepelných šoků) během životnosti břitu.
Zato tvorba nárůstků je u titanových slitin nepříjemnou samozřejmostí. Při použití menších úhlů hřbetu vzniká nárůstek dokonce i na hřbetních plochách. Na obr. 3 je patrný značný vliv hřbetních nárůstků při chlazení vzduchem. Tyto studené svary obráběného s obráběným materiálem při svém periodickém odlupování s sebou unášejí nejprve části povlaku a posléze i celé bloky karbidových zrn. Také proto je délka otěrové plošky delší než hodnota ap. Vytváření nárůstků na hřbetě je ovlivněno modulem pružnosti titanu. Materiál po oddělení třísky svou pružností kopíruje hřbetní plochu řezného klínu. Vyměnitelné břitové destičky (VBD) v ISO kódu *B** (5°) nebo *C** (7°) jsou proto nevhodné. Jako přijatelné se jeví VBD typu *P**(11°) a za optimální lze považovat VBD typu *D**(15°) .
Pozitivní úhly čela ( tvorbu nárůstků zmenšují a mají příznivý vliv na životnost břitu. Vzhledem k ještě přijatelné pevnosti řezného klínu ( však úhly čela nemohou přesahovat hodnotu +25°. Volbu všech tří úhlů je třeba optimalizovat dle průřezu třísky.
Řezná rychlost konvenčního obrábění vc je víceméně katalogovou záležitostí a různí výrobci nástrojů udávají hodnoty od 40 do 90 m.min-1 . Většinou bez udání směrné životnosti.

Rychlostní obrábění rovinných ploch

Během naší zkoušky se tato metoda aplikovala při plošném frézování horní plochy modelového obrobku, kdy byla nasazena rohová fréza Walter Dc = 50 mm s destičkami APMT15 s povlakem WQM 25, kde se jako krycí vrstva používá hafniumnitrid. Předpokladem pro obrábění je záměrně malá šířka záběru ae, která zajišťuje vhodný poměr mezi ohříváním a chlazením břitu. Na rozdíl od konvečního obrábění se zde chlazení provádí zásadně stlačeným vzduchem. Průřez záběru ae x ap byl 1,5 x 5 mm a řezná rychlost vc = 423 m.min-1. Posuv na zub je třeba zajistit optimálně kolem f= 0,07 - 0,1 mm. Při malých šířkách záběru ae dochází ale ke značnému zkreslení skutečné tloušťky třísky. Vhodnější je tedy mluvit o střední tloušťce třísky hm, která by měla být v tomto rozsahu. Korekce posuvu na zub je možno zjednodušeně provést koeficientem K = ?(Dc/ae), v našem případě K = ?(50/1,5) = 5,77. Pro účely programování byla tedy veličina fz = hm . K = 0,07 . 5,77 = 0,404 mm na zub. Opomenutí této geometrické zákonitosti se projeví sice velmi efektně, avšak pro vlastní operaci nikoli přínosně. Zpětně lze odvodit, že při uvedených řezných podmínkách, bez korekce velikosti posuvu, tedy při tloušťkách třísky hm menších než 0,03 mm, dochází k výrazné exotermní reakci frakcí obráběného materiálu.
Tento jev nezvyšuje teplotu nástroje ani obrobku, neboť probíhá v mikrotřískách při opouštění čela nástroje, ale je nežádoucí z ostatních zřejmých hledisek. Průvodním jevem HSC obrábění je změna chování obráběného materiálu bezprostředně před nástrojem, v oblasti tzv. primární plastické deformace. Tato změna se projeví i na vzhledu třísek. Na obr. 6 je porovnání třísek vzniklých konvenčním a HSC obráběním při stejném průřezu záběru i posuvu na zub. Třísky v horní řadě, odebrané metodou HSC, mají článkovitý charakter a nesou známky průběhu vysoké teploty. Důkazem menšího plastického přetvoření je jejich větší délka a menší tloušťka.
Porovnání třísek mezi konvenčním a HSC obráběním

Rychlostní obrábění ve 3D

Pro zjednodušení zkoušky vzhledem k časové náročnosti celého testu se na obrobku frézovala ve 3D pouze jedna válcová plocha. Po vyhrubování tvaru konvenčním způsobem byla nasazena stopková fréza Hitachi pod označením Epoch finish ball EFB-2080 o průměru 8 mm. Fréza se vyznačuje přesným kulovým tvarem, s mikrovýbrusem příčného ostří. Nepřesnosti tvaru v oblasti příčného ostří se u frézování válcových ploch velmi výrazně projeví při změně smyslu pohybu osy Z, tedy v horní úvrati pohybu.
Obrábění probíhalo bez možnosti náklonu osy rotace nástroje, takže se na obvodu poloměru frézy plynule střídala řezná rychlost vc od nulové hodnoty až do 402 m.min-1. Tato skutečnost se překvapivě v průběhu testu negativně neprojevila ani v kvalitě obrobené plochy, ani ve vyhodnocení opotřebení břitu v rámci trvání zkoušky. Vysvětlení je možno najít v dokonalé geometrii břitu v celém kvadrantu poloměru frézy a v rychlém cyklickém střídání režimu řezných podmínek, tak jak je to u 3D obrábění běžné.
Dělicí čára uprostřed válcové plochy na obr. 8 dělí od sebe sousledné a nesousledné obrábění s výrazně lepší kvalitou obrábění u způsobu pouze sousledného (viz plocha vpravo). Frézovalo se za intenzivního chlazení vzduchem bez znatelných známek opotřebení po celé operaci.

Komplexní obrábění výrobků z titanových slitin

Z funkční povahy dílců z tohoto vysoce pevného materiálu většinou vyplývají společné konstrukční prvky přispívající k minimalizaci váhy výrobku. Těmito prvky mohou být různá žebra, drážky, kapsy, a to ve značném "štíhlostním" poměru. Proto jsme i na našem modelu zařadili obrábění 3 mm tenkých žeber do hloubky 20 mm.
Jako obráběcí metoda žeber bylo zvoleno konvenční obrábění při řezné rychlosti vc = 40 m.min-1 a posuvu na zub 0,03 mm. Rozhodujícím výkonnostním faktorem zde může být hloubka záběru ap, a to až do velikosti 1,5 Dc. Byla použita fréza od fy Hitachi pod označením CEPU-4100 s různou hloubkou zubové mezery a tedy s proměnným modulem průřezu v ohybu, blížící se průběhu vzniklého ohybového momentu během obrábění. Výše uvedené řezné podmínky byly použity i pro drážkování, kde ae = Dc. Fréza na obr. 10 je ve stavu po 60 minutách řezu. Vzhledem k minimálnímu otěru by bylo možné řezné podmínky optimalizovat směrem k vyšším parametrům.
Obrábění tenkých žeber prismatického průřezu není možno provádět ve dvou krocích, nahrubo a načisto, ale pokud možno tzv. metodou "z jedné vody načisto". Pokud to řídicí systém umožňuje, je vhodné použít k ponořování frézy do předem definované hloubky žebra šroubovici. V našem případě bylo její stoupání 10 mm. Vytváření povrchu budoucího tenkého profilu probíhá za podpory plného materiálu ve dně drážky. Nevýhodou je patrná stopa po šroubovici, kterou je třeba někdy ručně začistit, neboť dokončovací tříska načisto je vzhledem k labilitě žebra již nemožná.
K upínání fréz byl použit kleštinový systém fy Nikken s garancí obvodového házení do 5 µm a vylučující vysouvání nástroje během obrábění. Kleštinový upínač tohoto typu má proti tepelnému upínání výhodu proměnné délky vysunutí frézy dle potřeby. Tak je možno pracovat s dostatečnou přesností tvaru, neboť průhyb nástroje při záběru je minimální.

Závěr

Provedené testy potvrdily možnost využít za určitých okolností metody HSC obrábění i v materiálu TiAl6V4. Jako poměrně bezpečné se ukázalo obrábění načisto ve 3D. Pro výkonnostní frézování s cílem maximálního úběru materiálu lze HSC metodu využít. Při nasazení řezných rychlostí v řádu kolem 500 m.min-1 je předpokladem životnosti řezné hrany v rozsahu 6 až 10 min. Nezbytné je proto optimalizovat celou operaci dle požadavků zákazníka, a to podle kritéria maximální produktivity či hlediska minimálních výrobních nákladů. Jako dvě možné proměnné veličiny ve výkonovém výpočtu objemu třísek V (cm3) lze uvažovat s hodnotou ap i ae, a to do vyčerpání prostoru okrajových podmínek parametrů obráběcího stroje. Hodnota ae má však progresivní vliv na snížení životnosti břitu. Pro náročnost na odladění operace i výběr a zabezpečení pracoviště je možné metodu HSC chápat jako doplňkovou k technologii konvenční, ale i zde lze nalézat rezervy ve zvyšování obráběcího výkonu vhodnou volbou nástroje. Uvedený popis zkoušky nemůže postihnout všechny aspekty získaných poznatků. Záměr zvýšit připravenost technologů závodu Kovosvit Sezimovo Ústí nabídnout se svými stroji i tuto technologii ale naplněn byl.
Reklama
Vydání #9
Kód článku: 30906
Datum: 03. 09. 2003
Rubrika: Výroba / Obrábění
Autor:
Firmy
Související články
Prestižní ocenění Zlatá medaile

Výjimečnost nástroje FreeTurn skupiny Ceratizit potvrdila na letošním Mezinárodním strojírenském veletrhu odborná porota prestižního ocenění Zlatá medaile. Ocenění za inovaci ve zpracovatelské technologii bylo společnosti uděleno za inovativní metodu technologie podélného a čelního soustružení, kdy je hrubování, dokončování a obrábění kontur realizováno pomocí jediného nástroje. Společně s progresivní obráběcí metodou High Dynamic Turning zvyšuje nástroj FreeTurn dynamičnost a efektivnost procesu soustružení.

Brousicí centrum pro hospodárnou výrobu

Brousicí centrum UW II F od firmy Saacke v mnoha detailech předčí očekávání svých zákazníků. Z hlediska výkonnosti, velikosti a hmotnosti se řadí mezi již zavedené typy brusek UW I F a UW I D a vytváří tak ideální podmínky pro maximální přidanou hodnotu.

Produktivní vrtání otvorů do hliníku

Výrobci automobilů produkují čím dále více dílů z hliníku s cílem snížit hmotnost vozidel i spotřebu paliva. S ohledem na tuto tendenci je proto jasné, že vzniká poptávka po vrtácích použitelných pro výrobu otvorů ve součástkách z hliníkových slitin. Musí být zároveň schopny zajistit vysokou produktivitu, nízké náklady na otvor, dlouhou a konzistentní životnost, vysokou opakovatelnost i bezpečnost procesů.

Související články
Úspora vedlejších časů

V současné době se firmy v České republice potýkají s nedostatkem pracovníků. Obzvláště citelná je tato situace v oblasti strojírenství, kde jsou na pracovníky kladeny vyšší požadavky na vzdělánV současné době se firmy v České republice potýkají s nedostatkem pracovníků. Obzvláště citelná je tato situace v oblasti strojírenství, kde jsou na pracovníky kladeny vyšší požadavky na vzdělání a praxi v oboru. Nelze ani očekávat, že se situace sama zlepší nebo nás zachrání zahraniční pracovníci. í a praxi v oboru. Nelze ani očekávat, že se situace sama zlepší nebo nás zachrání zahraniční pracovníci.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Automatizovaná upínací technika

Optimalizované technologie a procesy zajišťují ve výrobních firmách stále větší produktivitu. To platí i pro centrické svěráky, které se používají například pro stacionární upínání kulatých a čtvercových obrobků na nejrůznějších obráběcích strojích.

Univerzální brusky pro broušení na kulato

Úzké tolerance a obtížně obrobitelné materiály - pro hospodárnou výrobu velmi přesných válcových obrobků vertikálním, vnějším a vnitřním broušením na kulato je zapotřebí pokroková strojní technologie. Společnost Okamoto nabízí široké portfolio řešení, která vyhovují všem požadavkům průmyslové výroby. Příkladem jsou univerzální CNC brusky IGM4VSP a UGM5V, které při broušení na kulato dosahují přesností v řádu mikrometrů.

Inovace ve srážení hran velkých ozubených kol

Chamfer Contour Milling skýtá výrobcům velkých ozubených kol pro nákladní automobily flexibilní a hospodárný proces pro jejich stále důležitější operace zkosení hran / odstraňování otřepů.

Nový pohled na moderní CAM programování v praxi

Při své dennodenní praxi se odborníci firmy Grumant u svých zákazníků opakovaně setkávají s tím, že jsou programy připravovány přímo na strojích. Důsledkem toho jsou ztráty strojní kapacity a dále dochází ke ztrátě kontroly nad výrobním procesem z hlediska použitých strategií a řezných podmínek. Ani tam, kde se již používá CAM programování, nemusí být vyhráno. O tom, jak revolučně vidí CAM programování ve firmě Grumant, pojednává tento článek.

Řezné kapaliny zvyšují výkonnost při soustružení závitů

Závity jsou strojně obráběné prvky, se kterými se lze běžně setkat prakticky ve všech průmyslových odvětvích. A přesto, že se soustružnické závitořezné operace využívají už celá desetiletí, stále ještě se daří dosahovat v tomto procesu pokroků, zejména pokud jde o problematické materiály, jako jsou korozivzdorné oceli, žáruvzdorné slitiny (HRSA) nebo titan. Jako příklad lze uvést vývoj soustružnických závitořezných nástrojů, které jsou opatřeny přívodem řezné kapaliny z horní i ze spodní strany, jehož kombinovaná přesnost přináší prodloužení životnosti nástroje a zvýšení kvality závitů a otevírá potenciál pro použití vyšších hodnot řezných parametrů. Tento pozitivní vliv ještě více vyniká při obrábění problematických materiálů.

Chytré měření upínací síly

Společnost Kelch uvede ve 3. čtvrtletí 2018 na trh novou generaci přístroje Safecontrol 4.0. Osvědčený systém měření upínací síly ve vřetenu obráběcího stroje je kompletně přepracován a poskytuje nyní uživatelům prostřednictvím vlastní aplikace maximální flexibilitu. Další výhodou je vysoká spolehlivost a v neposlední řadě moderní ergonomický design a jednoduché ovládání.

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.

Progres v navyšování podílu na trhu

Skupina Plansee Group dosáhla v hospodářském roce 2017/18 konsolidovaného obratu 1,3 miliardy euro, což znamenalo nárůst o 11 % ve srovnání s předchozím obdobím. V rámci bilanční tiskové konference konané v Reutte o tom informovali členové představenstva Bernhard Schretter a Karlheinz Wex.

Proč používat strategii trochoidního frézování?

Strategie trochoidního frézování byla na trh díky svým výhodám uvedena už před několika léty, ale přesto se často setkáváme se zákazníky, kteří používají výhradně tradiční metody obrábění. Důvodem nejsou nedostatečné možnosti strojového parku nebo absence kvalitního CAM systému pro programování. Důvodem je nejčastěji obecná neznalost této strategie frézování a konzervativní myšlení.

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.

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