Lucht- en ruimtevaart:titanium snel en veilig verspanen

Walter verbetert de bewerking van titanium met speciaal gereedschap

De in Tübingen gevestigde specialist Walter's Xpress-assortiment voor de lucht- en ruimtevaartindustrie is op maat gemaakt voor de hoge eisen van de lucht- en ruimtevaartindustrie. Met name hun volhardmetalen gereedschappen met klantspecifieke afmetingen zijn binnen twee tot maximaal drie weken leverbaar. Een innovatieve nieuwe gereedschapscoating en gereedschapstechnologie zorgen ervoor dat de standtijd in sommige gevallen meer dan verdubbeld wordt.

In de lucht- en ruimtevaartindustrie gaat het iets anders dan in andere sectoren. Gewicht speelt een cruciale rol, en elke gram minder telt. Het is uiteindelijk het gewicht van een product dat de winstgevendheid bepaalt, in plaats van de prijzen van onderdelen en componenten. Geen wonder dat titanium in deze sector een aanzienlijke groei en populariteit geniet. Dit is met name het geval voor structurele componenten waarvoor hoge sterkte ook van belang is. Typische voorbeelden zijn deuren en deurkozijnen, landingsgestelsteunen, onderstelsteunen of landingskleppen. Titanium is ook corrosie- en temperatuurbestendig.

Met name fabrikanten van vliegtuigen voor de burgerluchtvaart komen echter in toenemende mate onder druk te staan ​​van een seriefabrikant, zoals bijvoorbeeld bekend uit de auto-industrie. Tot nu toe hebben Boeing, Airbus en in mindere mate Bombardier de markt voornamelijk onderling gedeeld. Ondertussen bereiden nieuwe concurrenten uit China en Rusland zich voor om de markt te betreden. De druk om te produceren om zo kosteneffectief mogelijk te worden, neemt daarom toe. Walter levert hierin een belangrijke bijdrage met het Xpress Aerospace assortiment.

Verdere ontwikkeling van de tooling-systemen

De uitdaging:Titanium is moeilijker te bewerken dan aluminium, dat tot nu toe grotendeels werd gebruikt. De hoge chemische reactiviteit leidt ertoe dat spanen tijdens de bewerking aan de snijkant versmelten. Door de slechte thermische geleidbaarheid van het materiaal kunnen de temperaturen aan de snijkant aanzienlijk stijgen. De resulterende spanen zijn vaak extreem taai en schurend. De minimale elasticiteitsmodulus leidt gemakkelijk tot het buigen van het werkstuk. Samen met materiaalstolling in de snijkantzone vermindert dit de standtijd van de snijkanten, zelfs bij lage snijsnelheden.

De gereedschapskosten zijn ook sterk afhankelijk van de eisen die aan het onderdeel en het materiaal worden gesteld, evenals van het proces. Het verminderen van de wanddikte kan ervoor zorgen dat de onderdelen extreem onstabiel worden, dus een belangrijk aandachtspunt is de stabiliteit van de machine en de klemming. Het gebruik van de juiste koelvloeistofstrategie heeft ook een grote invloed op de standtijd. Walter ontwikkelt zijn gereedschapssystemen voortdurend om de bewerkingstijden te verkorten. Hardmetalen substraten, nieuwe coatingtechnologieën en macro- en microgeometrieën van de snijgereedschappen spelen hierbij een belangrijke rol. De bewerkingsstrategie kan echter ook verder worden geoptimaliseerd in samenwerking met CAD/CAM-specialisten.

Dit alles maakt vandaag de dag high-performance snijden (HPC) en high-dynamisch snijden (HDC) voor het afwerken en voorbewerken van titanium mogelijk. Dynamisch frezen met het Walter Prototype Ti38 Z6-10 en innovatieve nieuwe coating maakt het mogelijk snijsnelheden tot 140 m/min te bereiken. Dankzij meertandoplossingen met maximaal tien tanden kan de voeding bij lage contactbreedtes tot 50 procent worden verhoogd. Deze volhardmetalen gereedschapsoplossingen kunnen uiteindelijk een toename van het verspaningspercentage tot 50 procent bereiken in vergelijking met conventionele oplossingen.

Coating bepaalt standtijd

Een voorbeeld van de nieuw ontwikkelde substraat- en coatingtechnologieën is de PVD-gebaseerde coating (physical vapour deposition) voor volhardmetalen gereedschappen in het Walter Prototype Ti-assortiment. Deze coating verlengt de standtijd aanzienlijk in vergelijking met de conventionele ANC-coating (aluminium-chroomnitride) - tot 100 procent en meer. Dit betekent dat de standtijd van een raamkozijn gemaakt van 3.7164 titanium met een treksterkte van 1250 N/mm² bij semi-nabewerken en nabewerken met een Prototype HPC Ti40 met 154% is verhoogd van 175 minuten naar 444 minuten. Het gebruik van een Prototype HDC Ti38 L voor het nabewerken van de buitencontour heeft de standtijd met 116% verlengd. De snelheid is met 25% verhoogd en het bewerkingsvolume met 23%.

Een andere innovatie is de CVD-coatingtechnologie voor het wisselplaatmateriaal WSM45X, dat bijvoorbeeld wordt gebruikt voor de Walter BLAXX M3255 stekelvarkenfrees. De coating werkt als een hittebeschermend schild en maakt hoge snijsnelheden tot 65 m/min mogelijk en verlengt de standtijd van het gereedschap tot 130 minuten. Dit maakt het mogelijk om de standtijd van titanium structurele componenten te verdubbelen, die typisch worden gemaakt met behulp van een mengsel van volledig sleuffrezen en meelopend frezen met een snijsnelheid van 45 m/min en een voeding van 0,12 mm. Een andere optie is om de snijsnelheid te verhogen tot 65 m/min met een constante standtijd van ongeveer 60 minuten. Nafrezen kan ook worden uitgevoerd met PCD (polykristallijne diamant) snijkanten, die tot de hardste materialen behoren die bekend zijn.

In dit geval moet echter een geschikte koelmiddelstrategie worden geïmplementeerd om de bewerkingstemperatuur aan de snijkant onder 600 °C te houden. In het algemeen hebben de snijvloeistof en de concentratie van het koelmedium een ​​grote invloed, vooral op de standtijd. Het is van het grootste belang om het koelmedium zo direct mogelijk in de werkzone te brengen. Dit wordt mogelijk gemaakt door speciale koelmiddeldoorvoeren in de gereedschappen. Hogedrukkoeling tot 70 bar is de stand van de techniek voor nieuwe gereedschapsmachines. Speciale gereedschapsoplossingen voor cryogeen verspanen gaan nog een stap verder en werken met vloeibare kooldioxide of stikstof, die nog kouder is.

Van gereedschapsleverancier tot technologiepartner

Walter beschouwt zichzelf als een digitale procespartner en ontwikkelt daarom tools die steeds nauwer verwant zijn aan toepassingen in de zin van "componentenoplossingen". Hiervoor is een heel team van specialisten nodig. Passende CAD/CAM-vaardigheden zijn een belangrijke voorwaarde voor een volledige evaluatie van de processen. Walter speelt in op de behoeften van zijn klanten en biedt tools, oplossingen en diensten gedurende het hele proces.

In het kader van deze ontwikkeling ontwikkelde Walter enige tijd geleden het project "Component Solutions" in samenwerking met het Advanced Manufacturing Research Center van de Universiteit van Sheffield. In de loop van het project werden speciale bewerkingsstrategieën ontwikkeld voor alle pocketvormen die voorkomen voor structurele componenten, met behulp van de CAM-programma's die vaak worden gebruikt in de luchtvaart- en ruimtevaartindustrie. Deze "toolbox" maakt het mogelijk om snel en efficiënt een geschikt bewerkingsproces af te leiden uit een 3D-model van een klantcomponent.

Hoogste kwaliteit in de kortste tijd

"Goede dingen komen voor degenen die wachten" klinkt vandaag niet langer waar. Zelfs high-performance gereedschappen met klantspecifieke speciale afmetingen staan ​​onder een enorme tijdsdruk. Speciaal voor de lucht- en ruimtevaart biedt Walter daarom sinds het begin van het jaar de al lang bestaande Walter Xpress-service aan. Xpress tool solutions zijn leverbaar binnen twee tot maximaal drie weken. De snelheid begint bij het bestelproces zelf. De softwareoplossing my.Walter stelt de klant in staat om zelf of samen met een getrainde buitendienstmedewerker de tool online te ontwerpen. Bij "Walter Online Xpress" ontvangt de klant binnen maximaal een uur per e-mail een bindende offerte inclusief 2D-tekening en 3D-model. De bestelling zelf, die vaak een bottleneck is binnen het bedrijf, wordt ook aanzienlijk versneld met behulp van Walter Tool Management.