Titanlegeringer og aluminiumslegeringer ligner hinanden på følgende måder: Begge typer metaller bruges til at fremstille strukturelle komponenter til fly, og i begge tilfælde kan det være nødvendigt at fræse 90 procent af materialet væk fra komponenten, før delen er færdig.
Masser af værksteder ville sikkert ønske, at metallerne havde mere til fælles end dette. Leverandører i flyindustrien, som har det godt med at bearbejde aluminium, er ved at finde sig selv i færd med at bearbejde meget mere titan, fordi nyere flykonstruktioner i højere grad anvender sidstnævnte metal.
John Palmer, global aerospace segment manager for skæreværktøjsproducenten Stellram, siger, at mange af disse butikker faktisk har mere kapacitet til bearbejdning af titan, end de er klar over. Mange værdifulde teknikker til effektiv bearbejdning af titanium er ikke svære at anvende, men kun få værksteder anvender alle de teknikker, der er til rådighed til produktiv fræsning af dette metal. Han rådfører sig med producenter om metoder til forbedring af fræsningspræstationer i forskellige luftfartslegeringer, herunder titanlegeringer. Han siger, at titanium ikke behøver at være svært – det er bare, at hele bearbejdningsprocessen skal overvejes, fordi et enkelt element kan hindre den samlede process effektivitet.
Stabilitet er nøglen, siger han. Når værktøjet berører arbejdsemnet, lukker det en cirkel. Værktøjet, værktøjsholderen, spindlen, søjlen, banerne, bordet, opspændingen og arbejdsemnet er alle en del af denne cirkel og en del af den nødvendige stabilitet. Andre vigtige overvejelser omfatter kølemiddeltryk og -mængde samt kølemiddeltilførselsmetode, plus metodologi og anvendelse – det er fokus i denne artikel. For at realisere mere af potentialet i de processer, der har potentiale til at bearbejde titanium produktivt, deler Palmer ofte råd, herunder alle de følgende tips:
- Hold radialt engagement lavt
- Og øge antallet af fløjter
- Skab en tyk-til-tynd spån
- Arc In
- End på en affasning
- Stol på sekundær aflastning
- Aksialdybden skal ændres
- Begræns den aksiale dybde omkring slanke funktioner
- Vælg et værktøj, der er meget mindre end lommen
- Tag et stikord fra værktøjsstål
- RELATERET INDHOLD
- Hvor tørfræsning giver mening
- Tips til gevindskæring i titanlegeringer
- Ikke-traditionelle metoder til fremstilling af små huller
Hold radialt engagement lavt
En af de afgørende udfordringer ved titanium er varmeafledning. I dette metal bliver relativt lidt af den varme, der genereres under bearbejdningen, udstødt med spånen. Sammenlignet med bearbejdning af andre metaller går en større procentdel af varmen i en bearbejdningsproces i titan i stedet ind i værktøjet. På grund af denne effekt dikterer valget af radialt engagement valget af overfladehastighed i dette metal.
Den graf i figur 1 viser dette. Fuldt slid – dvs. 180-graders indgreb – kræver en relativt lav overfladehastighed. Men ved at reducere det radiale indgreb reduceres den tid, hvor skærekanten genererer varme, og der er mere tid til, at skærekanten kan afkøle, inden den går ind i materialet ved den næste rotation. Når det radiale indgreb reduceres, kan overfladehastigheden således øges, samtidig med at temperaturen ved skærepunktet opretholdes. Ved efterbehandling kan en fræsningsproces, der består af en meget lille kontaktbue med en skarp, slebet skærekant og en høj overfladehastighed og minimal fremføring pr. tand, give enestående resultater.
Og øge antallet af fløjter
Sædvanligvis anvendte endefræsere har fire eller seks fløjter. I titan kan dette være for få. Det mere effektive antal spåner kan være ti eller flere (se figur 2).
En forøgelse af antallet af riller kompenserer for behovet for en lav fremføring pr. tand. Den tætte spalteafstand på et værktøj med 10 spåner er for snæver til spånfrigørelse i mange anvendelser. Produktiv fræsning af titanium favoriserer imidlertid allerede en lav radial dybde (se tip nr. 1). Den lille spån, der er resultatet af dette, giver mulighed for at bruge en fræser med højt spåntal for at øge produktiviteten.
Skab en tyk-til-tynd spån
“Klatrefræsning” er den velkendte betegnelse for denne idé. Det vil sige, at fræseren ikke skal fremføres, så kanten bevæger sig gennem materialet i samme retning, som værktøjet fremføres. Denne fremgangsmåde til bearbejdning, der er kendt som “konventionel fræsning”, medfører, at spånen starter tyndt og bliver tykkere. Når værktøjet rammer materialet, skaber friktionskræfter varme, før materialet begynder at skære sig væk fra grundmetallet. En tynd spån er ikke i stand til at absorbere og udstøde denne genererede varme, som i stedet går ind i skæreværktøjet. Ved udgangspunktet, hvor spånen er tyk, gør det øgede skæringstryk, at der er fare for, at spånen klæber til.
Stigfræsning – eller tyk-til-tynd spåndannelse – starter med, at skærekanten går ind i det overskydende materiale og ud på den færdige overflade (se figur 3). Ved sidefræsning forsøger værktøjet at “klatre over” materialet, idet det skaber en tyk spån ved indgangen for maksimal varmeabsorption og en tynd spån ved udgangen for at forhindre spånhæftning.
Konturoverfladefræsning kræver en nøje undersøgelse af værktøjsbanen for at sikre, at værktøjet fortsat går ind på det overskydende materiale og ud på den færdige overflade på denne måde. Det er ikke altid så simpelt at opnå dette under indviklede pasninger som blot at holde materialet til højre.
Arc In
I titanium og andre metaller går værktøjets levetid tabt i øjeblikke med rystende kraftændringer. De værste af disse øjeblikke opstår ofte, når værktøjet går ind i materialet. Direkte indføring i materialet (som næsten enhver standardværktøjsbane ville gøre) giver en effekt, der svarer til at slå skærekanten med en hammer.
Glid i stedet blidt ind. For at gøre dette skal du oprette en værktøjsbane, der buer værktøjet ind i materialet i stedet for at gå ind i det i en lige linje (se Figur 4). Ved tyk-til-tynd-fræsning skal buen for værktøjsbanens indføring følge den samme retning (med eller mod uret) som værktøjets rotation. Den buede indføringsbane giver mulighed for en gradvis forøgelse af skærekraften og forhindrer, at værktøjet sniger sig fast eller bliver ustabilt. Varmeudviklingen og spåndannelsen øges også gradvist, indtil værktøjet er fuldt ud i skæringsprocessen.
End på en affasning
Der kan også forekomme skelsættende ændringer i kraft ved værktøjets udgang. Hvor nyttig tyk-til-tynd skæring end er (tip nr. 3), er problemet med denne metode, at tyk-til-tynd dannelsen pludselig stopper, når værktøjet når slutningen af passet og begynder at rydde metallet. Det pludselige skift giver et lige så pludseligt skift i kraft, hvilket chokerer værktøjet og måske ødelægger emnets overflade. For at undgå, at overgangen bliver så pludselig, skal man som en sikkerhedsforanstaltning først fræse en 45-graders affasning i slutningen af passet, så værktøjet ser et gradvist fald i sin radiale skæredybde (se figur 5).
Stol på sekundær aflastning
En skarp skærekant minimerer skærekræfterne i titan, men skærekanten skal også være stærk nok til at modstå skærepres. Et værktøjsdesign med sekundær aflastning, hvor det første positive område af skærekanten modstår kræfter, hvorefter det andet område falder væk for at øge frigangen, opfylder begge disse mål (se figur 6). Sekundærrelief er almindeligt i værktøj, men især i titan kan eksperimenter med værktøjer med forskellige sekundærreliefdesigns afsløre overraskende ændringer i skærepræstationer eller værktøjets levetid.
Aksialdybden skal ændres
I skæredybden kan oxidation og kemiske reaktioner påvirke værktøjet. Der kan opstå tidlig skade på dette ene sted, hvis værktøjet anvendes gentagne gange ved samme dybde. Ved på hinanden følgende aksiale snit kan dette beskadigede område af værktøjet forårsage arbejdshærdning samt linjer på emnet, som er uacceptable for komponenter til luft- og rumfart, hvilket betyder, at denne effekt på overfladen kan nødvendiggøre et tidligt værktøjsskifte. For at forhindre dette skal du beskytte værktøjet ved at ændre den aksiale snitdybde for hvert gennemløb og fordele problemområdet til forskellige punkter langs spåntakket (se figur 7). Ved drejning kan et lignende resultat opnås ved at konisk dreje det første gennemløb og paralleldreje det efterfølgende gennemløb, hvilket forhindrer udhuggning i snitdybden.
Begræns den aksiale dybde omkring slanke funktioner
Forholdet 8:1 er nyttigt at huske, når man fræser tynde vægge og ustøttede funktioner i titanium. For at undgå afbøjning af lommevægge skal du fræse disse vægge i på hinanden følgende aksiale trin i stedet for at fræse til hele vægdybden med en enkelt fræsning med en endefræser. Specifikt bør den aksiale snitdybde ved hvert trin nedad ikke være større end 8 gange tykkelsen af den væg, der vil være tilbage efter disse fræsegange (se figur 8). Hvis væggen f.eks. er 0,1 tomme tyk, bør den aksiale snitdybde for et fræsepas ved siden af ikke være mere end 0,8 tomme.
Trods dybdegrænsen er det muligt at arbejde med denne regel, så produktiv fræsning stadig er mulig. For at gøre dette skal tynde vægge bearbejdes, så der forbliver en kuvert af råmateriale omkring væggen, hvilket gør funktionen 3 eller 4 gange tykkere end den endelige funktion. Hvis væggen f.eks. holdes på 0,3 tommer tykkelse, tillader 8:1-reglen en aksial dybde på 2,4 tommer. Efter disse gennemløb skal der tages mindre aksiale dybder for at bearbejde de tykke vægge ned til deres endelige dimension.
Vælg et værktøj, der er meget mindre end lommen
På grund af det omfang, hvori værktøjet absorberer varme i titan, har værktøjet brug for frigang for at give mulighed for afkøling. Ved fræsning af en lille lomme bør værktøjets diameter ikke være mere end 70 % af lommens diameter (eller en tilsvarende dimension) (se figur 9). Mindre frihøjde end dette risikerer i det væsentlige at isolere værktøjet fra kølemidlet samt at fange de spåner, der ellers kunne transportere i det mindste noget af varmen væk.
Den 70-procents-regel kan også anvendes på et værktøj, der fræser på tværs af toppen af en overflade. I dette tilfælde skal bredden af funktionen være 70 procent af værktøjets diameter. Værktøjet er forskudt 10 procent for at fremme dannelsen af tykke til tynde spåner.
Tag et stikord fra værktøjsstål
Høj-foderfræsere – et værktøjskoncept, der er udviklet til bearbejdning af værktøjsstål i stempel-/formindustrien – er i de seneste år blevet tilpasset til bearbejdning af titan. En fræser med høj fremføring kræver en lille aksial snitdybde, men når værktøjet kører i denne lille dybde, tillader det højere fremføringshastigheder end fræsere med mere konventionelle designs.
Grunden er spånudtynding. Nøglen til en fræser med høj fremføring er en indsats med en kurve med stor radius på skærekanten (se figur 10). Denne radius spreder spåndannelsen over et stort kontaktområde på kanten. På grund af den deraf følgende udtynding kan en 0,040 tommer aksial skæredybde give en spåntykkelse på kun ca. 0,008 tommer. I titan overvinder denne tynde spån den lave fremføring pr. tand, der typisk kræves i dette metal. Udtyndingen af spånen åbner vejen for en højere programmeret fremføringshastighed, end det ellers ville være muligt.
RELATERET INDHOLD
-
Hvor tørfræsning giver mening
Væskekølemiddel giver fordele, der ikke har noget med temperatur at gøre. Tvangsluft er den foretrukne væske i dette værksted … men alligevel kan konventionel kølevæske ikke helt elimineres.
-
Tips til gevindskæring i titanlegeringer
Skabelse af gevindhuller i titanlegeringer kræver korrekte teknikker baseret på en forståelse af både disse materialers egenskaber og gevindskæringsprocessens særtræk.
-
Ikke-traditionelle metoder til fremstilling af små huller
Opnå disse alternativer, når konventionel boring ikke kan klare opgaven.