Nagy kihívást jelentő anyagok marása és fúrása I.

A repülőgépek súlyának folyamatos csökkentésére tett erőfeszítés a hajtómotorja az olyan különleges anyagok egyre szélesebb körű alkalmazásának mint a kompozitok, a titánötvözetek és az Inconel. Miközben ezek az anyagok könnyebbek és nagyobb szilárdsággal rendelkeznek mint hagyományos megfelelőik, mindegyikük egy sor egyedi problémát és kihívást  vet fel a megmunkálásokat – azon belül is a marást és a fúrást – illetően.

A fúró- és maró műveletek esetén a repülőgépipari gyártók legtöbbször tömör keményfém és/vagy tömör gyorsacél szerszámokat használnak. Ebben az iparágban a megmunkálások során a lehető legjobb minőség elérése a cél, amit gondosan kialakított folyamatellenőrzéssel érnek el. Az alkatrészek darabonkénti előállítási költsége is szempont, de a tökéletes minőségű alkatrész legyártása szinte minden esetben elsőbbséget élvez, és a termelékenység növelése csak másodlagos.

A repülőgépipari gyártók maximális folyamatbiztonságra törekszenek, amihez állandó szerszámgép- és szerszám teljesítményre van szükségük. A szerszámok esetében ez azt jelenti, hogy a gyártók olyan marószerszámokat és fúrószárakat igényelnek, amiknek gyakorlatilag teljesen azonos az élettartamuk.  És még ebben az esetben is, ha egy adott szerszám élettartama egészen pontosan ismert, sokszor előfordul, hogy a szerszámcserét jóval korábbra ütemezik, mint a teljes elkopás. A szerszámgépek és a szerszámozási technológiák fejlődésével a kompozitok, a titánötvözetek és az Inconel a korábbi, közel megmunkálhatatlan szintről mára eljutott egy olyan pontra, hogy a gyártók nagy magabiztossággal és hatékonysággal képesek őket megmunkálni.  A gyártási folyamatok során a különlegesen erre a célra kialakított, fejlett tömör keményfém marók és fúrók biztosítják a megfelelő folyamatszabályozást és állandóságot, mivel ezeket a szerszámokat kifejezetten a fent említett anyagok kihívásainak leküzdésére fejlesztették ki. A különféle bevonatok és geometriák, valamint a fejlett forgácsolási stratégiák együttes alkalmazásával ezek a szerszámok ráadásul nem csak a szükséges folyamatbiztonságot képesek garantálni, hanem nagyobb gyártási sebességet és termelékenységet is biztosítanak.

Kompozitok marása

A szénszál erősítésű műanyagok (Carbon Fibre Reinforced Plastic – CFRP) piaca egyre nagyobb forgalmat bonyolít, még annak ellenére is, hogy erősen koptató hatásuk miatt a megmunkálásuk komoly nehézséget jelent. Ezeknél az anyagoknál továbbá a megmunkálások során jelentkező delaminációt – a szénszál erősített rétegek egyenkénti leválását – is tudatosan meg kell előzni. Ezen problémákra a megoldást a kemény és éles, tömör keményfémből készült, különleges bevonattal ellátott szerszámok jelentik.

Új JC845 nagyoló szerszám forgástörővel

Új JC845 nagyoló szerszám forgástörővel

A két leggyakrabban használt bevonatolási technológia a fizikai gőzfázisú leválasztás (Physical Vapour Deposition – PVD) és a kémiai gőzfázisú leválasztás (Chemical Vapour Deposition – CVD), amihez egy fejlett szerszámanyagot, polikristályos gyémántot (Polycrystalline Diamon – PCD) szokás társítani . A PVD bevonatok létrehozása során egy fizikai folyamat eredményeként kerül a felületre az alumínium-nitrid, króm-nitrid vagy titán-nitrid bevonat, amelyek keménysége 3.000 Vickers környékén mozog. A CVD eljárással felvitt gyémánt bevonat ennél több mint háromszor keményebb, ami átlagosan 10.000 Vickers keménységet jelent.

Geometriai szempontból a kompozitok megmunkálására alkalmas marószárak spirálszöge kicsi, hogy a rétegekre ható tengelyirányú erő, így a delamináció veszélye a lehető legkisebb legyen. Ezenkívül az egyszerre jobb és bal spirálú szerszámkialakítás is hatékony a kompozit anyagok megmunkálására. Ez utóbbi szerszámokat kompressziós szármaróknak nevezik, mivel palástmarás során a forgácsolási erőket az anyag közepére koncentrálják, azért hogy a laminált rétegek egymástól ne válhassanak el. Az ilyen geometriájú marószárak a kompozit anyagok sokkal szabadabb megmunkálását teszik lehetővé.

JC840 többélű simító szerszám megmunkálás közben

JC840 többélű simító szerszám megmunkálás közben

Habár a kompressziós szármarók használata egy elterjedt megközelítés, néhány szerszámgyártó vállalat újfajta, a megszokottól eltérő geometriájú kompressziós szármarókat is gyárt. A Seco például kétféle kettős spirálú marószárat is kifejlesztett. Az egyik egy többélű szerszám sima vágóéllel, míg a másik ennél kevesebb éllel rendelkezik, ami jobb forgácseltávolítást tesz lehetővé, és az élein forgácstörők találhatóak. Ez utóbbi főként nagyoló megmunkálásnál alkalmazható, az előbbi pedig simítási munkálatokhoz jelenthet ideális választást.

Ami a megmunkálási technológiát illeti, a kompozit anyagoknál használható forgácsolási paraméterek leginkább magától a megmunkálandó anyagtól függenek. A leggyakrabban alkalmazott vágósebesség tömör keményfém marószerszámoknál nagyjából 150 m/perc, az előtolási sebesség pedig 0.07 mm/fordulat, de megjegyzendő, hogy a kompozitok csoportján belül a különböző kötőanyagok széles skáláját alkalmazzák, és mindegyikhez más és más vágó- és előtolási sebesség tartozik. Általában a kötőanyag olvadáspontja határozza meg, hogy milyen maximális sebességgel lehet dolgozni. Ezenkívül az erősítő szálak mennyisége és elrendezése is jelentős hatással van a megmunkálási folyamatra, a vágó- és előtolási sebességekre valamint az optimális szerszámpályára.

forrás: secotools.com

Szerzők: 

Teun Van Asten, Engineer Marketing Services, Seco Tools

Wilco van den Boogaard, Application Engineer Solid Milling, Seco Tools

Pär Nordberg, R&D and Project Engineer, Seco Tools