Snijden van titanium en HRSA-metalen:bewerkbaarheid, koelvloeistoffen en meer

Metalen zoals hittebestendige superlegeringen en titanium kunnen erg moeilijk zijn, maar met de juiste aanpak en begeleiding bij bewerking, gereedschapsopname en wisselplaatselectie, kunnen machinebedieners de probleemgebieden overwinnen.

Van implanteerbare verbindingen in het menselijk lichaam tot grote onderdelen voor maritieme faciliteiten in de olie-industrie tot motorturbines in de lucht- en ruimtevaart, hittebestendige superlegeringen en andere legeringen worden regelmatig gebruikt in belangrijke productiesegmenten. Maar ze kunnen moeilijk te bewerken zijn.

Als het doel is om onderdelen van de hoogste kwaliteit te maken in de kortst mogelijke tijd, dan is inzicht in het soort gereedschap dat moet worden gebruikt essentieel. Niemand wil gereedschap doorbranden of productievertragingen veroorzaken vanwege superdichte, harde metalen die de machine opdrijven, maar superlangzaam of onnauwkeurig snijden. Een goed begrip van de mogelijkheden van een machine is ook essentieel, net als het kennen van de gereedschappen die het beste werken voor de taaie materialen.

"De primaire toepassing voor HRSA's zijn hot zone-turbinecomponenten voor zowel vliegtuigen als stroomopwekking - onderdelen zoals bladen, blisks, beugels, kleppen en spruitstukken, waarvan de meeste complex en geprofileerd zijn", schrijft Ed Sinkora voor Advanced Manufacturing in het artikel " Hete technieken voor het snijden van legeringen bij hoge temperaturen.”

“Dat betekent 5-assig frezen om de vereiste vormen en toleranties in één opspanning te bereiken. En voor kleinere onderdelen zijn volhardmetalen ronde gereedschappen nodig, waarvoor bijzonder stijve gereedschapshouders nodig zijn”, legt Sinkora uit.

Veel industrieën staan ​​onder productiedruk. De tijd die nodig is om kwaliteitsonderdelen te verkrijgen, is echt van belang, vooral in zeer competitieve markten.

"De belangrijkste focus ligt op procesbetrouwbaarheid, aangezien deze structurele componenten extreem duur zijn", merkt Walter Tools op in een artikel over pocketfrezen van titanium in de lucht- en ruimtevaart. "Tegelijkertijd vereist de kostendruk van de markt hoge bewerkings- en productiviteitsprestaties."

Om dat comfortabele niveau van "procesbetrouwbaarheid" te bereiken, is er veel knowhow met het gebruik van de juiste machines, werkstukopspanning, gereedschap, gereedschapsbanen en koelmiddel - alles bij elkaar - vindt u verspanings- en gereedschapsprofessionals. We onderzoeken de beste gereedschappen en bewerkingsrichtlijnen voor titanium, HRSA's en legeringen.

Ken de bewerkbaarheid van het metaal

Als u titanium, roestvrij staal of HRSA's snijdt, is het waarschijnlijk dat veel van de onderdelen die worden gemaakt nikkel of chroom - en soms kobalt - bevatten. Veel voorkomende nikkellegeringen zijn Inconel, Waspaloy, Hastelloy, roestvrij staal, waaronder 304, 316 en 17-4, en andere.

"[Nikkel is] taai, corrosiebestendig en vertoont uitstekende sterkte- en slageigenschappen", merkt Kip Hanson, een productieconsulent, op in het artikel "5 metaalsnijtips voor op nikkel gebaseerde legeringen voor hoge temperaturen."

"Met een scherp gereedschap en de juiste snijparameters is puur nikkel niet erg moeilijk te draaien of te frezen, hoewel nikkellegeringen zoals Ni-Span-C 902 en Monel K-500 een bewerkbaarheidsscore van 15 procent of minder hebben", legt Hanson uit. .

En bewerkbaarheid is het hele punt. Gelukkig kunnen veel van de huidige machines en snijgereedschappen de meeste materialen aan, maar de uitdaging is om de juiste gereedschappen en technieken te kennen om een ​​herhaalbaar en tijdig bewerkingsproces te creëren. Daarom helpt het om te begrijpen hoe een materiaal wordt beoordeeld, dus het gebruik van een bewerkbaarheidsclassificatie kan helpen.

Maar niets kan de ervaring en kennis uit de praktijk vervangen:Praat over bewerkbaarheidsproblemen met de mensen die het tegenwoordig doen. Word lid van het metaalbewerkingsforum [registratie vereist].

In veel gevallen helpt het ook om de technische handleidingen van gereedschapsleveranciers te gebruiken, zoals deze van Sandvik Coromant:

"Applicatiegids:hittebestendige superlegeringen"

In deze gids zegt Sandvik Coromant het volgende over HRSA's:“De fysieke eigenschappen en het bewerkingsgedrag van elke [legeringsgroep] variëren aanzienlijk, zowel vanwege de chemische aard van de legering als de precieze metallurgische verwerking die het tijdens de fabricage ondergaat. Of het metaal nu gegloeid of verouderd is, is met name van invloed op de daaropvolgende bewerkingseigenschappen.”

Hier is een videovoorbeeld van het snijden van de moeilijke Monel K-500 met een verbeterd gereedschap dat ervoor is ontworpen.

Hier is een ander voorbeeld van het snijden van Inconel 718.

Wilt u meer weten over de samenstelling van de materialen die u gebruikt? Lees " Een selectiegids voor snijgereedschappen:ferro versus non-ferrometalen .”

Kijk naar de hitte, gebruik koelvloeistoffen voor metaalbewerking

De warmte die wordt gegenereerd in een CNC-machine op het oppervlak van het materiaal met de snelheden en voedingen die nodig zijn om nauwkeurige, betrouwbare sneden te maken met de juiste spanen, is moeilijk te onderschatten. Het kan een echte uitdaging zijn om inzetstukken en gereedschappen te gebruiken.

"Slechte warmtegeleiding en hoge hardheid genereren hoge temperaturen tijdens het bewerken", merkt Sandvik Coromant op in het artikel "Selecting the Right Turning Insert for HRSA Materials." "De hoge sterkte, werkhardende en adhesiehardende eigenschappen zorgen voor kerfslijtage bij maximale snedediepte en een extreem schurende omgeving voor de snijkant."

Hoe moet een machinist zich hiertegen beschermen? Gebruik voor veel toepassingen op hardmetaal gebaseerde snij-inzetstukken die de snijkant stevig houden en aan het substraat hechten en vervorming helpen voorkomen.

“Gebruik in het algemeen wisselplaten met een grote instelhoek (ronde wisselplaten) en kies een positieve wisselplaatgeometrie. Bij draaien en frezen kunnen, afhankelijk van de toepassing, keramische hardmetaalsoorten worden gebruikt”, legt Sandvik Coromant uit.

En vergeet de rol van coatings en koelvloeistof niet, adviseert Scott Etling, directeur productmanagement bij Kennametal, in het artikel "The Heat Is On Moeilijk te verspanen metalen."

"Je moet de juiste PVD-coating, een taai substraat, de juiste geometrie, voorbereiding van de rechterrand en geometrieën met hoge afschuiving hebben", zegt Etling. “De warmte gaat niet in de chip zoals bij staal. De warmte moet ergens heen, dus voor de meeste titanium toepassingen heb je een enorme hoeveelheid koelvloeistof nodig.”

Lees de toepassingsgids van Sandvik Coromant voor meer informatie over koelvloeistof en HRSA's. De maker van het gereedschap stelt het volgende voor:

“Koelvloeistof moet bij alle bewerkingen worden gebruikt, behalve bij het frezen met keramiek. Het volume moet hoog en goed gericht zijn. Hogedruk koelmiddel HPC (tot 1160 psi) laat positieve resultaten zien in termen van standtijd en consistentie.”

Houd het werkstuk stijf

"Het machinaal bewerken van HRSA's vereist een zeer stabiele machine, een stijve werkstukopname en een zeer stijve interface tussen spil en gereedschapshouder", merkt Sinkora op.

Er is veel meer te weten dan alleen het materiaal en het snijgereedschap. Er zijn ook de nodige elementen die helpen een werkstuk op zijn plaats te houden en met een uitgebalanceerde sterkte die bestand is tegen de zeer hoge toerentallen en doorvoer die de huidige machines en innovatieve snijgereedschappen aankunnen.

"De bewerking van titanium en andere hittebestendige superlegeringen genereert niet alleen hoge snijkrachten in radiale richting, maar ook in axiale richting, wat kan leiden tot uittrekken van het gereedschap", zegt Hanson in het artikel "Lessen in High-Performance Machining:Vergeet de gereedschapshouders niet.” “Het is nog belangrijker om het juiste type gereedschapshouders te gebruiken om gereedschapsstoringen en uitval van onderdelen te voorkomen. Het is misschien niet veel, misschien slechts een paar duizendste van een inch per keer, maar de kans is groot dat het genoeg is om een ​​aantal zeer dure onderdelen te schrappen."

Als u zijvergrendelingshouders gebruikt, is het misschien tijd om iets nieuws en verbeterd in te voeren. Veel leveranciers geven licenties voor de gepatenteerde Safe-Lock-technologie van Haimer. Maar het gaat niet alleen om het verlengen van de standtijd van het verminderen van uittrekken. Het gaat ook om het verminderen van chatter en harmonischen - en het niet beschadigen van de spil van een machine - dus hydraulische klauwplaten bij het maken van HRSA-onderdelen zijn het waard om te evalueren, net als ervoor zorgen dat de CNC HSK, Capto, KM4X of andere technologie heeft.

"Als je bewerkingsmachines zo snel laat draaien, meestal meer dan 12.000 tpm, is het aan te raden om altijd het complete systeem (d.w.z. de gereedschapshouder met het snijgereedschap) in evenwicht te brengen", zegt Ronald West, senior global productmanager bij Kennametal in de gereedschapshouder artikel. “Het verlengt alleen de standtijd en vermindert de spilslijtage … Het is een beetje moeilijker om met een spantang of vingerfreesadapter de balans te behouden vanwege hun ontwerp en vereiste hardware, maar meestal zijn hydraulische klauwplaten en krimppassingsadapters veel gemakkelijker te fijn balanceren voor toepassingen met hoge snelheid.”

Probeer keramische gereedschappen voor ruwe HRSA's; Houd Toolpaths lang

“Keramische snijmaterialen bieden een uitstekende productiviteit bij voorbewerkingen in FSM en ISM. Hun toepassing verschilt sterk van die van hardmetaal …” merkt Sandvik Coromant op in zijn toepassingsgids voor het werken met HRSA. De reden daarvoor is dat keramiek hoge snijsnelheden mogelijk maakt die helpen bij het produceren van een "zeer geplastificeerde en afgeschoven chip".

De sleutel tot het voorbewerken van HRSA's zit in de snelheden en voedingen, zodat u volgens experts op de juiste temperatuur kunt komen. Snelheden van meer dan 3000 voet per minuut worden aanbevolen.

"De eerste stap is het instellen van de juiste snelheid om de temperatuur in de snijzone te verhogen om een ​​zekere mate van plastificering van het materiaal te creëren, waardoor het gemakkelijker te bewerken is", zegt Jan Andersson, global manager bij Greenleaf Corp. "Anders , worstelt u met een onvoorspelbare standtijd. Nadat u de juiste snelheid hebt bepaald, gebruikt u de voedingssnelheid om de thermische evacuatie te beheren. Hoe hoger de voedingssnelheid, hoe meer massa in de spaan. Hoe meer massa in de spaan, hoe meer warmte u wegvoert van de snijzone. Dat regelt de chemische slijtagecomponent.”

Nog een belangrijk punt:gereedschapsbanen moeten zo lang mogelijk in de snede blijven om uw gereedschappen zo lang mogelijk in leven en bruikbaar te houden. Het betekent dat u de juiste programmering in uw CAM gebruikt om de radius in elk gereedschapspad te forceren.

"De belangrijkste programmeertechniek die we zoeken in Inconel en andere superlegeringen is om het gereedschap zo lang mogelijk in de snede te houden", zegt Dale Mickelson, productmanager bij Methods Machine Tools in een artikel over Advanced Manufacturing. “Omdat elke keer dat u de snede in- en uitgaat, u de standtijd verliest. Dus creëren we zakroutines die spiraalvormig naar beneden in het onderdeel gaan. Als je een flat hebt, knip je spiraalvormig tot die flat en maak je vervolgens het vlakke oppervlak af.”

Hier is een videovoorbeeld van keramisch frezen dat een turbineblad snijdt.

Heb je advies nodig van andere ervaren machinisten en metaalbewerkingsspecialisten? Neem deel aan de gesprekken op het metaalbewerkingsforum [registratie vereist].