IMTS 2018: Geavanceerde slijpwielen beheersen voor luchtvaart-superalliages

Krijg een dieper begrip van hoe u superalliaagematerialen het best kunt slijpen. Als u dit jaar IMTS bezoekt, let op de meerdere conferentiesessies gericht op high-performance slijpen – en zie technieken die u in uw alledaagse bewerkingsoperaties zullen helpen.

Wijd gebruikt in de luchtvaart- en energiesectoren, zijn metalen zoals Inconel 718, Hastelloy C-276, en Monel K500 zowel temperatuur- als corrosiebestendig, met mechanische eigenschappen ver superieur aan hun slappe staal neven en nichten.

"Nikkel-gebaseerde superalliages, die meer dan 40 procent van het totale gewicht van een vliegtuigmotor uitmaken, vinden toepassingen in de verbrander- en turbinesegmenten van de motor," merkt Dr. K. Philip Varghese, group leader van advanced application engineering bij Norton | Saint Gobain, op in een IMTS 2018 conferentiepresentatiebeschrijving. "Hun gebruik is voornamelijk vanwege de unieke combinatie van hoge temperatuuroudsterkte, toughness en weerstand tegen degradatie in extreme omgeving." Varghese presenteert "High-Performance Grinding of Nickel-Based Superalloys" op woensdag 12 sept., om 10 uur op IMTS in Chicago.

Helaas zijn deze superalliages ook behoorlijk uitdagend om te slijpen. Werkverharding is veelvoorkomend door de hoge drukken, en de slechte thermische geleiding van de meeste superalliages betekent dat de warmte in de slijpzone hoog is, mogelijk het werkstuk schadigend als het onbeheerd blijft. Dit kan ook betekenen dat werkstukken gekoeld moeten worden en "de-stress" tussen ruw- en fijnoperaties.

Waar B1112 staal een bewerkbaarheidsrating van 100 procent heeft, scoren de meeste Inconels 12 procent, en het hoge kobalt L-605 (ook bekend als Haynes 25) scoort slechts 9 procent bewerkbaarheid. Om de ellende nog erger te maken, is slijpen doorgaans een van de laatste processen die op een werkstuk uitgevoerd worden. Klantleverdatums kunnen gemakkelijk glijden in het geval van geschrotte onderdelen of andere productievertragingen. Of het nu vlak, cilinder- of centreless slijpen is, werken met deze super-materialen kan intimiderend zijn.

Blijf up-to-date over alles wat met IMTS te maken heeft, hier.

Slijpwieltypes: De juiste wielen kiezen voor superalliages

Gelukkig zijn er een aantal manieren om een high-performance slijpwinkel te worden, beginnend met de selectie van de beste slijpwielen. Veel experts suggereren dat de parameters die gebruikt worden om staal te slijpen, eveneens toepasbaar zijn op superalliages. Dit suggereert op zijn beurt dat een aluminiumoxide-wiel – de voorkeur voor het slijpen van koolstof- en legeringsstalen – de eerste keuze is voor superalliages. Dit is goed advies, hoewel de meeste slijpwielleveranciers premiumproducten specifiek ontworpen voor nikkel-gebaseerde materialen aanbieden. Deze zijn doorgaans een keramisch-alumina-mengsel, wat door een bros maar sterke binding minimale warmte genereert en grotendeels zelfscherpend is.

"Alleen specifieke abrasieve wielen die voorraad kunnen verwijderen bij lage drempelvermogen/krachten en lagere specifieke energie consumeren bij het slijpen van deze superalliages, kunnen de conflicterende doelen van hogere productiviteit en hogere wiellevensduur in een HPG [high-performance grinding] proces halen," merkt Varghese op.

Omdat superalliages plakkerig zijn en het wiel tendensen te laden, is dit een belangrijk kenmerk. Ook belangrijk is de behoefte aan een open korrel, wat helpt de warmteopbouw die leidt tot warmtechecken en microkraking te elimineren. Worst case, een wiel dat opgeladen raakt en het werkstukoppervlak wrijft in plaats van het te snijden, kan veroorzaken wat bekend is als een witte laag, een grote no-no in de luchtvaartwereld omdat het de oppervlakteintegriteit van het materiaal vermindert.

Natuurlijk hangt slijpwielselectie van veel factoren af. Vlakke slijpoperaties gedragen zich anders dan cilinder slijpen – en cilinder slijpen gedraagt zich anders dan creep feed of centreless slijpen. Het daadwerkelijke superalliaag dat bewerkt wordt en de hoeveelheid materiaalverwijdering speelt ook een rol – waar een vitrified CBN-wiel het beste kan werken voor ruw slijpen van een bevel tandwielvorm in titanium, roept creep feed slijpen van de wortelvorm op een Inconel-turbinelblad vaak een geavanceerde keramische tool op.

De rol van koelvloeistof en snijvloeistoffen in high-performance machine slijpen

Net als een open korrel, bros wiel een goed beginpunt is bij het slijpen van superalliages, zo is ook een hoogwaardige, goed gefilterde en onderhouden water-oplosbare snijvloeistof, bij voorkeur een met zwavel- en/of chlooradditieven voor smering. Dit zal maximaal materiaalverwijdering zonder het risico op warmte-geïnduceerde oppervlakteschade verzekeren. Dat gezegd hebbende, controleer zeker met uw klant over het gebruik van zwavel- en chloor-gebaseerde snijvloeistoffen, aangezien sommige luchtvaartbedrijven hun gebruik beperken vanwege de mogelijkheid van intergranulaire corrosie.

In het geval van CBN-wielen, of waar de klant het gebruik van bepaalde water-oplosbare oliën verbiedt, zou een recht olie gebruikt moeten worden, hoewel dit erkend minder effectief is bij het verwijderen van warmte dan een water-gebaseerde koelvloeistof. Wat de vloeistof ook is, de snelheid ervan moet die van de wielsnelheid overschrijden zoals gemeten aan het werkstukoppervlak. En als u een speciale vorm slijpt, moet de vorm van de mondstuk overeenkomen met die vorm om 100 procent dekking te bieden. Ten slotte, omdat slijpen vloeistoffen neigt om op te breken in microscopische deeltjes, en omdat deze deeltjes carcinoogeen kunnen zijn, gebruik altijd een naar behoren gedimensioneerd luchtfiltersysteem voor operatorveiligheid.

Kies de juiste ondersteunende slijpwiel-afdresser

Aangezien superalliages de grenzen van elk slijpproces pushen, is het venster van wieleffectiviteit vaak vrij klein. Het kan daarom nodig zijn om ze in-proces te veranderen, aangezien de binding, korrel en hardheid die gebruikt worden voor ruwfrezen, mogelijk volledig onbruikbaar zijn voor precisie-afwerking. Zoals elke slijpmachine-operator weet, zijn slijpwielwissels een feit van het leven, maar voor productiedoeleinden zal een machine met automatische wielwisselmoegelijkheden u een grote stap dichter bij optimale doorvoer brengen.

Een andere grote stap is continue wiela fdressing. Aftermarket-attachments bestaan, hoewel het bestellen van deze optie op uw volgende CNC-slijpmachine waarschijnlijk de beste weddenschap is, budget toelatend. Vanwege dezelfde redenen dat open korrel, zelfscherpende wielen meest effectief zijn met superalliages, laat continue dressing het wiel te allen tijde scherp. Slijpkrachten worden verminderd, oppervlakteafwerking en nauwkeurigheid worden verbeterd, en er is weinig zorgen over het creëren van witte lagen of andere typen oppervlakteschade aan een kritische luchtvaart-, kern- of medische component.

Als uw huidige slijpwiel in de tientallen is en u de workload heeft om het te ondersteunen, investeer in een moderne CNC-slijpmachine specifiek ontworpen voor veeleisende luchtvaartwerk. Met functies als auto-dressing, geïntegreerde deelmeting, palletwisselen en robotische deelafhandeling – en geavanceerde, multiaxis bewegingscontrole, zijn de huidige machine-tools de investering meer dan waard. Als u een high-performance slijpwinkel wilt zijn, is dit misschien de perfecte plek om te beginnen.

Heeft u de veelvoorkomende problemen in het slijpen van superalliages overwonnen? Deel uw verhalen.