Superlegeringen bewerken:experts bieden tips voor moeilijk te snijden materialen

Om een ​​voorsprong te krijgen in de competitieve verspaningswereld van vandaag, moeten werkplaatsen op de hoogte blijven van de snijgereedschaptechnologie. Hier zijn een paar oplossingen voor superlegeringen:metalen die notoir moeilijk te bewerken zijn, maar die veel voorkomen in de lucht- en ruimtevaart, energie en medische industrie.

Inconel behoort tot de minst bewerkbare van alle metaallegeringen. Hetzelfde geldt voor Hastelloy, Nimonic, Waspaloy en Rene. Ze bevatten allemaal relatief veel nikkel, kobalt of chroom (soms alle drie), en vuurvaste metalen zoals molybdeen en tantaal.

Gezien hun extreme taaiheid, hardheid en weerstand tegen hitte en slijtage, zou het geen verrassing moeten zijn dat deze belangrijke metalen de verheven titel 'superlegeringen' dragen.
 

Inconel 718, bijvoorbeeld, wordt veel gebruikt om de componenten van het warme gedeelte te maken die in gasturbinemotoren worden aangetroffen, en daarom wordt het bestempeld als een hittebestendige superlegering (HRSA).

Monel K-500 is zeer goed bestand tegen stoom en zeewater, waardoor het een favoriet is voor maritieme toepassingen.

Kobaltchroom (CoCR) wordt daarentegen voor alles gebruikt, van tandheelkundige bruggen en kunstknieën tot windturbines en trouwringen.

Er zijn drie algemene klassen van superlegeringen:op nikkel gebaseerd, op kobalt gebaseerd en op ijzer gebaseerd. De meeste zijn eigen, ontwikkeld door bedrijven zoals Haynes International en Special Metals Corporation (SMC) voor gebruik in de ruimtevaart en voor extreem hete, koude of corrosieve omgevingen. Zoals opgemerkt, zijn ze allemaal uitdagend om te bewerken en vereisen ze stijve apparatuur en snijgereedschappen die zijn ontworpen voor deze veeleisende materialen.

Koppelfrezen, boren en wisselplaten

Gelukkig hebben machinewerkplaatsen die HRSA's en andere superlegeringen willen aanpakken, tegenwoordig genoeg snijgereedschap om uit te kiezen.

De drie fabrikanten van snijgereedschap waarmee we voor dit artikel hebben gesproken, bieden allemaal vingerfrezen, boren en wisselplaten die speciaal zijn ontworpen voor zulke uitdagende materialen, net als andere leveranciers. Het voorbehoud in elk geval is echter dat er verschillende bewerkingstactieken nodig kunnen zijn als winkels deze gereedschappen ten volle willen benutten.

KYOCERA SGS Precision Tools Inc. heeft bijvoorbeeld vingerfrezen uit de Multi-Carb-serie, waarvan Jacob Rak-biljetten van applicatietechnicus verkrijgbaar zijn met 7, 9 of 11 groeven en beschikken over een zeer zware kern voor stijfheid.

"Jaren geleden was de conventionele benadering met superlegeringen om vingerfrezen met minder groeven te gebruiken en deze agressief aan te vallen", zegt hij. "Maar we hebben zowel bij interne tests als bij onze lucht- en ruimtevaartklanten gezien dat gereedschappen met een hoger aantal spaangroeven, wanneer ze worden toegepast bij vrij lichte snedediepten en lage tot gemiddelde snijsnelheden, buitengewoon effectief zijn in superlegeringen."

Afhankelijk van het specifieke materiaal raadt Rak over het algemeen aan om te beginnen met een radiale snedediepte (DOC) die niet groter is dan 5 procent van de gereedschapsdiameter. Dat veronderstelt natuurlijk dat een zeer efficiënte bewerking (HEM) of dynamische freesstrategie wordt gebruikt, omdat deze dienen om de spaan dunner te maken en de warmte in de snijzone te verminderen.

"We zijn tot 20 procent DOC gegaan met een gereedschap met 9 fluiten en het heeft heel goed gewerkt", zegt hij. "De sleutel is het gebruik van die zeer efficiënte bewerkingspaden om de snijkrachten te spreiden en eventuele pieken in de gereedschapsbelasting te voorkomen."

Een gereedschap voor zware kernen gebruiken

Rak herhaalt de noodzaak van een gereedschap met een zware kern, omdat dit de doorbuiging die gebruikelijk is bij het bewerken van superlegeringen vermindert. Hetzelfde geldt voor Derek Nading, applicatie-ingenieur bij M.A. Ford Mfg. Co. Inc., die doorgaans begint met de TuffCut XT9 (380-serie) van het bedrijf wanneer hij wordt geconfronteerd met een moeilijke toepassing van superlegeringen.

"De XT9 is een 37-graden helix-vingerfrees met 9 groeven en variabele spoed die we enkele jaren geleden als special hebben ontworpen voor een groot ruimtevaartbedrijf", zegt hij. "We ontdekten al snel dat het ongeëvenaarde prestaties biedt in hittebestendige superlegeringen, dus na een paar extra aanpassingen - waaronder een op TiAlSiN gebaseerde (ALtima Xtreme) coating - hebben we het tot een standaardaanbod gemaakt."

Net als bij SGS en andere fabrikanten van snijgereedschap, suggereert M.A. Ford ook dat een trochoïdale freesstrategie de duidelijke weg voorwaarts is bij het bewerken van superlegeringen.

"Met de vooruitgang in werktuigmachines en hun besturingssystemen in de afgelopen jaren, biedt dynamische freestechnologie, samen met gecoat carbide, u de best mogelijke standtijd en verspaningssnelheid", zegt Dirk Dietsch, regionaal bedrijfsmanager voor de regio van de Grote Meren van M.A. Ford. .

"Dit zijn echter niet de enige voordelen van dynamisch frezen", voegt hij eraan toe. "Het biedt ook lagere snijkrachten, verbeterde oppervlaktekwaliteit van het onderdeel, vermindering van kritieke hitte in het werkstuk, plus het meest consistent veilige proces tegen catastrofale uitval van het snijgereedschap."

Uw gereedschap koel houden

Beide snijgereedschapspecialisten benadrukken de noodzaak van een starre opstelling en even robuuste werktuigmachine, net als Steve Archambault, regionaal productmanager voor Kennametal Inc. Toen hem werd gevraagd welke van de vingerfrezen van het bedrijf het beste is voor succesvolle bewerking van superlegeringen, vinkte hij verschillende mogelijkheden aan, maar benadrukte de HARVI 1 TE als zijn eerste keuze.

"Er zijn enkele trucjes in het ontwerp waardoor de HARVI 1 TE soepeler en met minder wrijving kan lopen", zegt hij. "In deze legeringen voor hoge temperaturen is dit laatste onderdeel - hitte en wrijving - een enorm probleem. Met een excentrisch gefacetteerd reliëf, speciale spaanafsnijding en een parabolische kern voor sterkte, heeft dit gereedschap alle attributen die nodig zijn voor efficiënt snijden van superlegeringen.”

Greg Sage, regionaal productmanager draaien bij Kennametal, wijst er snel op dat volhardmetaal niet het enige spel in de stad is voor het bewerken van superlegeringen; er is ook keramiek.

Sage sluit zich aan bij het advies van anderen over stijfheid, maar voegt eraan toe dat dit vooral nodig is bij gereedschappen zoals Kennametal's volledig keramische vingerfrezen en bij draaitoepassingen waarbij keramiek of PCBN (polykristallijn kubisch boornitride) wordt gebruikt.

"Bij een starre opstelling kunnen hardmetaalsoorten zoals ons KYS25-keramiek snijsnelheden van 700 sfm of meer in superlegeringen bereiken, waardoor de doorvoer aanzienlijk toeneemt", zegt Sage. “En voor nabewerkingen doen Kennametals KB1630 PCBN-wisselplaten fantastisch werk. Wat echter belangrijk is, is dat winkels onthouden dat er veel opties zijn en dat ze contact moeten opnemen met hun leverancier van snijgereedschap voor ondersteuning bij het beslissen welke ze moeten gebruiken en hoe ze deze moeten toepassen."

Instellingen super maken

Fabrikanten van snijgereedschappen zullen u vertellen dat een materiaalspecifieke kwaliteit en geometrie, een starre opstelling en de juiste bewerkingsmachine allemaal nodig zijn voor het succesvol bewerken van hittebestendige superlegeringen zoals Inconel en Hastelloy.

Ze hebben natuurlijk gelijk, maar er is meer aan het HRSA-verhaal dan dat.

Als de boor of vingerfrees het toelaat, is het ook raadzaam om gefilterd, goed onderhouden koelmiddel door het gereedschap te gebruiken bij een druk van 70 bar of meer (1.000 psi). Deze uitspraak geldt natuurlijk net zo goed voor minder veeleisende materialen als voor de meeste draaibewerkingen.

Ook de constructie van de gereedschapshouder verdient een zorgvuldige afweging. Omdat het uittrekken van gereedschap een punt van zorg is bij het voorbewerken van superlegeringen, titanium en zelfs aluminium, is een Haimer Safe-Lock of vergelijkbare antislip gereedschapshouder een goede investering. Dat geldt ook voor een toolbalanceringssysteem. Zoals elke machinist weet, is het elimineren van slingering en trillingen de sleutel tot het verlengen van de standtijd en het verbeteren van de kwaliteit van de onderdelen; een van de beste manieren om dit te bereiken - naast het gebruik van hoogwaardige hydraulische, mechanische of krimpende gereedschapshouders - is om de complete gereedschapshouder vóór gebruik uit te balanceren.

Volg deze stappen en je zult snel merken dat superlegeringen toch niet zo supermoeilijk zijn.

Welke tips en technieken kunt u bieden over het bewerken van superlegeringen? Deel uw mening en inzichten in de onderstaande opmerkingen.

Hoe beheert u het bewerken van moeilijk te snijden materialen?

Omdat fabrikanten een voorsprong willen nemen in een uitdagende wereldwijde markt, is het van cruciaal belang om te begrijpen hoe bepaalde metalen moeten worden bewerkt.

Technieken voor het bewerken van superlegeringen - metalen die notoir moeilijk te bewerken zijn maar veel voorkomen in de lucht- en ruimtevaart, energie en medische industrie - zijn daarom nuttig om te weten.

Help anderen inzicht te krijgen in het bewerken van deze materialen door onze poll in te vullen.

Welke technieken voor het bewerken van superlegeringen vindt u het nuttigst?