Rola chłodziw w obróbce materiałów stosowanych w przemyśle lotniczym
Sandvik CoromantRośnie zapotrzebowanie na szybsze, tańsze i bardziej ekologiczne rozwiązania dla branży lotniczej, ale stworzenie zeroemisyjnych samolotów niesie ze sobą znaczne wyzwania. Najwięcej uwagi poświęca się emisjom CO2 podczas eksploatacji samolotu, ale nie mniejsze znaczenie ma przetwarzanie materiałów podczas produkcji, gdyż wpływa na tempo produkcji i jej wydajność oraz kontrolę jakości.
Na szczęście odpowiedzią na te wyzwania jest prawidłowe zastosowanie chłodziwa w celu maksymalizacji wydajności, zwiększenia poziomu niezawodności procesu i poprawy warunków pracy narzędzia. Dlatego rynek środków smarnych dla branży lotniczej rośnie przy przewidywanej składanej rocznej stopie wzrostu (CAGR) wynoszącej 19% w okresie od 2022 do 2027 r. W artykule Henri Sevonen, starszy menedżer ds. branży lotniczej w specjalizującej się w obróbce skrawaniem metali firmie Sandvik Coromant wyjaśnia, jakie korzyści płyną z zastosowania precyzyjnie podawanego chłodziwa i innowacyjnych rozwiązań narzędziowych.
Rola chłodziw w obróbce przedmiotów lotniczych przeszła swego rodzaju ewolucję. Zakłady obróbkowe od wielu lat korzystają z chłodziwa, doprowadzanego do strefy obróbki przez specjalne rurki, zwłaszcza w przypadku niektórych grup materiałów. System precyzyjnego kierowania chłodziwa pod wysokim ciśnieniem w aktualnie obrabiane miejsce stwarza nowe możliwości. Coraz większy przepływ chłodziwa w obrabiarkach CNC oraz nowe rozwiązania narzędziowe sprawiają, że dostępność tej technologii wzrosła.
Istotna zmiana
Aby skutecznie stosować chłodziwo i dokonać istotnej zmiany, konieczne jest wprowadzenie dysz do precyzyjnego podawania chłodziwa pod wysokim ciśnieniem, w odpowiedniej ilości i kierunku. Obecnie nie wystarczy doprowadzić strumień chłodziwa do miejsca obróbki, czy nawet zalać nim strefę obróbki. Przy prawidłowym stosowaniu precyzyjnie podawanego chłodziwa, można uzyskać dużą poprawę w zakresie formowania wiórów, rozkładu ciepła, zacierania materiału obrabianego, stanu warstwy wierzchniej i zużycia narzędzia.
Te podstawowe współczynniki obróbki wpływają na produkcję, umożliwiając zwiększenie konkurencyjności dzięki ulepszeniom w takich obszarach, jak produktywność, trwałość narzędzia, kontrola spływu wiórów i ich odprowadzanie oraz jakość przedmiotu.
Przy prawidłowym zastosowaniu, precyzyjnie podawane chłodziwo umożliwia osiągnięcie maksymalnej wydajności, zwiększa niezawodność obróbki i poprawia efektywność pracy narzędzia oraz jakość wykonania przedmiotu. Korzystne efekty zastosowania systemu dysz można zauważyć już przy niskim ciśnieniu chłodziwa. Im wyższe ciśnienie, tym większe możliwości udanej obróbki materiałów źle skrawalnych.
Zastosowanie precyzyjnego podawania chłodziwa może zasadniczo zmienić obraz obróbki, zwłaszcza stali nierdzewnej i niskowęglowej. Jednak to podczas obróbki bardziej wymagających materiałów, takich jak superstopy żaroodporne (HRSA) i stopy tytanu, praktyka ta robi ogromną różnicę. Warto zwrócić uwagę na kilka nowych rozwiązań, zwiększających atrakcyjność i poprawiających dostępność technologii podawania chłodziwa pod wysokim ciśnieniem.
Precyzyjne podawanie chłodziwa jako standard
Nowoczesne obrabiarki CNC często są standardowo lub opcjonalnie wyposażone w systemy podawania chłodziwa pod ciśnieniem 70-100 bar, korzystające z odpowiednich zbiorników i pomp. To wystarcza, by wykorzystać zalety systemu precyzyjnego podawania chłodziwa do poprawy wydajności i wyników obróbki w najpopularniejszych centrach obróbkowych i tokarskich, tokarkach pionowych i obrabiarkach wielozadaniowych. Nawet wyposażenie standardowe pozwala łatwo doprowadzić chłodziwo do dyszy.
Istotną podstawą obróbki z wykorzystaniem precyzyjnego podawania chłodziwa są narzędzia modułowe, ze względu na szybką wymianę narzędzia i skrócenie przestojów obrabiarki, a także łatwość zabezpieczenia złączy i kanałów w całym torze podawania chłodziwa. Modułowy, szybkomocujący system narzędziowy Coromant Capto jest obecnie podstawą nowego standardowego wyposażenia z precyzyjnie podawanym chłodziwem. System sprawdza się idealnie jako platforma modułowa, przystosowana do wewnętrznego podawania chłodziwa, jak również nadaje się do precyzyjnego podawania chłodziwa. Jest to ustalona norma ISO oraz opcja dostępna w wielu obrabiarkach CNC z narzędziami stacjonarnymi i obrotowymi.
Precyzyjne podawanie na powierzchnię natarcia (od góry) chłodziwa kierowanego dokładnie na strefę skrawania poprawia kontrolę spływu wiórów i zwiększa niezawodność procesu. Chłodziwo podawane na powierzchnię przyłożenia (od dołu) zapewnia wyższą trwałość i produktywność, szczególnie w zastosowaniach generujących duże ilości ciepła na płytce.
Precyzyjne podawanie chłodziwa do toczenia
Narzędzia tokarskie z funkcją precyzyjnego podawania chłodziwa wyposażone są w precyzyjne dysze zapewniające laminarny przepływ równoległy. Dzięki dyszom, między płytką a wiórem tworzy się klin hydrauliczny, regulujący sposób formowania i odprowadzanie wiórów oraz temperaturę w strefie skrawania. Dysze zamontowane blisko krawędzi skrawającej precyzyjnie kierują w żądanym kierunku strumień chłodziwa zmywający wióry z czoła płytki, schładzając je i łamiąc na drobniejsze części, co ułatwia ich odprowadzanie.
Korzyści z zastosowania chłodziwa w obróbce wykończeniowej materiałów takich, jak stal, stal nierdzewna, aluminium, tytan i superstopy żaroodporne, są zauważalne nawet przy niskim ciśnieniu chłodziwa (do 10 bar). Oprócz większego bezpieczeństwa obróbki związanego z lepszą kontrolą wiórów, precyzyjne podawanie chłodziwa może znacznie poprawić trwałość narzędzia oraz zwiększyć potencjał wzrostu prędkości skrawania. Stosując precyzyjne podawanie chłodziwa, można często zwiększyć trwałość narzędzia o 50%.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Prędkość skrawania wpływa na temperaturę i tym samym zużycie narzędzia bardziej niż jakikolwiek inny parametr obróbki. Zwiększenie prędkości skrawania tytanu powyżej wąskiego zakresu obrabialności powoduje drastyczny spadek trwałości narzędzia. Przy zwiększaniu posuwu w podobny sposób, trwałość narzędzia obniża się w znacznie mniejszym stopniu. Dlatego często tą właśnie metodą próbuje się poprawić wydajność skrawania. Jednak zwiększenie posuwu nie zawsze jest dobrym rozwiązaniem ze względu na wzrost sił skrawania i wpływ na kontrolę wiórów.
Toczenie tarczy turbiny wykonanej z superstopu żaroodpornego
Precyzyjne podawanie chłodziwa może odegrać ważną rolę w obróbce materiałów z grupy ISO S. Przy zaimplementowaniu precyzyjnego podawania chłodziwa w takich systemach, możliwa jest poprawa wydajności przez zwiększenie prędkości skrawania, bez wzrostu temperatury i spadku trwałości narzędzia. Precyzyjne podawanie chłodziwa zapewnia chłodzenie przy wyższych posuwach, bez zwiększenia sił skrawania. Przy obróbce materiałów z grupy ISO S uzyskujemy 20% wzrost prędkości skrawania bez zmiany długości przejścia.
Toczenie wewnętrzne to kolejny obszar, w którym precyzyjne podawanie chłodziwa może przyczynić się do poprawy formowania wiórów i uzyskania lepszych rezultatów obróbki materiałów trudnych, na przykład tytanu. Rozwiązanie to sprzyja zwiększeniu bezpieczeństwa i trwałości narzędzi w operacjach wytaczania. Przy obróbce wytaczarskiej długich, głębokich otworów, występujących np. w podwoziach samolotowych, korzystne może być użycie rozwiązania modułowego.
Możliwość szybkiej, łatwej i precyzyjnej wymiany małej głowicy skrawającej bez wyjmowania wytaczaka z uchwytu sprzyja przeprowadzaniu różnych rodzajów obróbki bez zmiany konfiguracji. CoroTur SL łączy wytaczadła z funkcją tłumienia drgań z ząbkowanym złączem mocującym głowic do wytaczania większych otworów o głębokości 10-krotnie przekraczających średnicę i jest wyposażone w funkcję precyzyjnego podawania chłodziwa.
Na zmienny stan warstwy wierzchniej przedmiotu obrabianego wpływ mają temperatura oraz siły powstające podczas obróbki. Chłodziwo z pewnością odgrywa pewną rolę w kontrolowaniu temperatury. Co za tym idzie, precyzyjnie podawane chłodziwo okazuje się sprzyjać jednorodności i powtarzalności wpływu obróbki na stan powierzchni przedmiotu. Strumienie chłodziwa z narzędzia poprzez dysze kierowane są bezpośrednio na tę część płytki skrawającej, która styka się z obrabianą powierzchnią. Fabryczne zorientowanie dysz na narzędziu eliminuje dużo zmiennych, co skutkuje bezpieczniejszym i bardziej powtarzalnym przebiegiem obróbki.
Optymalizacja prawidłowo ustalonych czynności
Dzięki możliwości tworzenia klina hydraulicznego w strefie skrawania łatwiej jest kontrolować grubość warstwy skrawanej. Zwłaszcza podczas czynności klasyfikowanych jako toczenie średnie lub wykończeniowe łatwiej zastosować klin z cieczy obróbkowej niż w obróbce zgrubnej.
Obróbka z użyciem precyzyjnie podawanego chłodziwa nie powinna być jednak postrzegana jako sposób na zrekompensowanie niekorzystnych właściwości danego układu OUPN, takich jak niewłaściwie dobrana płytka wieloostrzowa, niestabilność, nieprawidłowe zakresy parametrów skrawania. Precyzyjne podawanie chłodziwa to czynnik służący do optymalizacji prawidłowo ustalonych czynności. Rozwiązanie to sprzyja skróceniu czasu jednostkowego, trwałej poprawie jakości przedmiotu i zapewnieniu bezpieczeństwa obróbki tokarskiej i frezarskiej.
Źródło: Sandvik Coromant
