Titaaniseokset ja alumiiniseokset ovat samanlaisia seuraavilla tavoilla: Molempia metallityyppejä käytetään lentokoneiden rakenneosien valmistukseen, ja molemmissa tapauksissa osasta voidaan joutua jyrsimään pois 90 prosenttia materiaalista ennen kuin osa on valmis.
Lukuiset liikkeet toivovat luultavasti, että näillä metalleilla olisi enemmän yhteistä kuin tämä. Lentokoneteollisuuden alihankkijat, jotka ovat tyytyväisiä alumiinin työstöön, huomaavat työstävänsä paljon enemmän titaania, koska uudemmissa lentokonemalleissa käytetään yhä enemmän jälkimmäistä metallia.
Leikkaustyökaluja valmistavan Stellramin globaalin ilmailu- ja avaruussegmentin päällikkö John Palmer sanoo, että monilla näillä liikkeillä on itse asiassa enemmän titaanin työstökapasiteettia kuin mitä ne ymmärtävät. Monia arvokkaita tekniikoita titaanin tehokkaaseen työstöön ei ole vaikea käyttää, mutta harvat korjaamot käyttävät kaikkia käytettävissä olevia tekniikoita tämän metallin tuottavaan jyrsintään. Hän konsultoi valmistajia menetelmistä, joilla voidaan parantaa eri ilmailu- ja avaruusteollisuuden seosten, myös titaaniseosten, jyrsintätehokkuutta. Hänen mukaansa titaanin ei tarvitse olla vaikeaa – on vain otettava huomioon koko työstöprosessi, koska mikä tahansa elementti voi haitata koko prosessin tehokkuutta.
Vakaus on avainasemassa, hän sanoo. Kun työkalu koskettaa työkappaletta, se sulkee ympyrän. Työkalu, työkalunpidin, kara, pylväs, väylät, pöytä, kiinnitys ja työkappale ovat kaikki osa tuota ympyrää ja osa tarvittavaa vakautta. Muita tärkeitä näkökohtia ovat jäähdytysnesteen paine ja määrä sekä jäähdytysnesteen jakelumenetelmä sekä menetelmät ja sovellus, joihin tässä artikkelissa keskitytään. Palmer jakaa usein neuvoja, jotka sisältävät kaikki seuraavat vinkit, jotta voidaan hyödyntää enemmän niiden prosessien potentiaalia, joiden avulla titaania voidaan työstää tuottavasti:
- Pitäkää säteittäinen sitoutuminen matalana
- Nauhamäärän kasvattaminen
- Arc In
- Pääte viistoon
- Luota toissijaiseen huojennukseen
- Akselisyvyyden muuttaminen
- Aksiaalisen syvyyden rajoittaminen hoikkien piirteiden ympärillä
- Työkalun valitseminen paljon taskutaskuaan pienemmäksi
- Take a Cue from Tool Steel
- LÄHESTYVÄ SISÄLTÖ
- Missä kuiva jyrsintä on järkevää
- Vinkkejä titaaniseosten kierteittämiseen
- Muut kuin perinteiset menetelmät pienten reikien tekemiseen
Pitäkää säteittäinen sitoutuminen matalana
Yksi titaanin ratkaisevista haasteista on lämmöntuotto. Tässä metallissa suhteellisen vähän työstön aikana syntyvästä lämmöstä poistuu lastun mukana. Muiden metallien työstöön verrattuna suurempi osa titaanin työstössä syntyvästä lämmöstä menee sen sijaan työkaluun. Tämän vaikutuksen vuoksi säteittäisen kiinnityksen valinta sanelee pintanopeuden valinnan tässä metallissa.
Kuvassa 1 oleva kuvaaja osoittaa tämän. Täysi uritus – eli 180 asteen kiinnitys – vaatii suhteellisen alhaisen pintanopeuden. Mutta säteittäisen kiinnityksen pienentäminen vähentää aikaa, jonka leikkuusärmä tuottaa lämpöä, ja antaa leikkuusärmälle enemmän aikaa jäähtyä, ennen kuin se tunkeutuu materiaaliin seuraavalla kierroksella. Näin ollen, kun säteittäistä kytkeytymistä vähennetään, pintanopeutta voidaan lisätä ja samalla säilyttää lämpötila leikkauskohdassa. Viimeistelyä varten jyrsintäprosessi, joka koostuu hyvin pienestä kosketuskaaresta, terävästä, hiotusta terästä, suuresta pintanopeudesta ja minimaalisesta syötöstä hammasta kohti, voi tuottaa poikkeuksellisia tuloksia.
Nauhamäärän kasvattaminen
Käytetyissä päätyjyrsimissä on yleensä neljä tai kuusi uraa. Titaanissa tämä saattaa olla liian vähän. Tehokkaampi urien määrä voisi olla kymmenen tai enemmän (ks. kuva 2).
Huilujen lukumäärän lisääminen kompensoi tarvetta pienelle syötölle hammasta kohti. 10-hampaisen työkalun tiivis uraväli on liian tiukka lastunpoiston kannalta monissa sovelluksissa. Titaanin tuottava jyrsintä suosii kuitenkin jo nyt pientä säteittäistä syvyyttä (ks. vinkki #1). Tästä johtuva pieni lastu jättää vapauden käyttää tuottavuuden lisäämiseksi korkeahampaista päätyjyrsintä. Toisin sanoen, älä syötä jyrsintä niin, että reuna liikkuu materiaalin läpi samaan suuntaan kuin työkalu syöttää. Tämä ”tavanomaisena jyrsintänä” tunnettu työstömenetelmä aiheuttaa lastun alkamisen ohueksi ja sen paksuuntumisen. Kun työkalu osuu materiaaliin, kitkavoimat synnyttävät lämpöä, ennen kuin materiaali alkaa leikkautua irti perusmetallista. Ohut lastu ei pysty absorboimaan ja poistamaan tätä syntynyttä lämpöä, vaan se siirtyy leikkuutyökaluun. Sitten poistumiskohdassa, jossa lastu on paksu, lisääntynyt leikkauspaine tekee lastun tarttumisesta vaaraa.
Kiipeilyjyrsintä eli paksusta ohueksi lastun muodostuminen alkaa siten, että leikkuusärmä tunkeutuu ylimääräiseen materiaaliin ja poistuu valmiille pinnalle (ks. kuva 3). Sivujyrsinnässä työkalu pyrkii ”kiipeämään” materiaalin yli muodostaen sisääntulossa paksun lastun maksimaalista lämmön imeytymistä varten ja ulostulossa ohuen lastun lastun lastujen tarttumisen estämiseksi.
Kontuuripintajyrsintä vaatii työkalun kulkureitin tarkkaa tarkkailua varmistaakseen, että työkalu jatkossakin tunkeutuu sisään ylimenevän materiaalin ja poistuu ulos viimeistellylle pinnalle tällä tavoin. Tämän saavuttaminen monimutkaisten kulkujen aikana ei ole aina niin yksinkertaista kuin pelkkä materiaalin pitäminen oikealla.
Arc In
Titaanissa ja muissa metalleissa työkalun käyttöikä häviää hetkissä, joissa voima muuttuu jyrkästi. Pahin näistä hetkistä tapahtuu usein silloin, kun työkalu tunkeutuu materiaaliin. Suora syöttö materiaaliin (kuten lähes kaikilla tavallisilla työkaluradoilla tehtäisiin) tuottaa samanlaisen vaikutuksen kuin leikkuureunan lyöminen vasaralla.
Liukukahvauta sen sijaan pehmeästi. Voit tehdä tämän luomalla työkaluradan, joka kaartaa työkalun materiaaliin sen sijaan, että se tulisi materiaaliin suoraviivaisesti (katso kuva 4). Paksusta ohueksi -jyrsinnässä työkalupolun sisääntulon kaaren tulisi noudattaa samaa suuntaa (myötä- tai vastapäivään) kuin työkalun kiertosuunta. Kaareva sisääntulorata mahdollistaa leikkuuvoiman asteittaisen lisäämisen, mikä estää työkalun katkeamisen tai epävakauden. Lämmöntuotanto ja lastuaminen lisääntyvät myös vähitellen, kunnes työkalu on täysin kiinni leikkauksessa.
Pääte viistoon
Työkalun ulostulossa voi tapahtua myös jyrkkiä voimanmuutoksia. Niin hyödyllistä kuin paksusta ohueksi -leikkaus onkin (vinkki #3), tämän menetelmän ongelmana on se, että paksusta ohueksi -muodostus loppuu yhtäkkiä, kun työkalu saavuttaa läpiviennin lopun ja alkaa poistaa metallia. Äkillinen muutos aiheuttaa yhtä äkillisen voimanmuutoksen, joka järkyttää työkalua ja saattaa vahingoittaa kappaleen pintaa. Jotta siirtyminen ei tapahtuisi näin äkillisesti, jyrsitään ensin 45 asteen viiste läpiviennin loppuun, jotta työkalun radiaalinen leikkuusyvyys vähenee asteittain (ks. kuva 5).
Luota toissijaiseen huojennukseen
Terävä leikkaava särmä minimoi leikkuuvoimat titaanin työstössä, mutta leikkaavan särmäyksen on oltava myös riittävän vahva kestämään leikkuupainetta. Toissijaisen reliefin omaava työkalurakenne, jossa leikkausreunan ensimmäinen positiivinen alue vastustaa voimia, minkä jälkeen toinen alue putoaa pois kasvattaakseen välystä, saavuttaa nämä molemmat tavoitteet (ks. kuva 6). Sekundaarireliefi on yleinen työkaluissa, mutta erityisesti titaanissa kokeilemalla työkaluja, joissa on erilaiset sekundaarireliefi-mallit, saatetaan havaita yllättäviä muutoksia leikkuutehossa tai työkalun käyttöiässä.
Akselisyvyyden muuttaminen
Leikkaussyvyydessä hapettuminen ja kemiallinen reaktio voivat vaikuttaa työkaluun. Varhainen vaurioituminen voi tapahtua tässä yhdessä kohdassa, jos työkalua käytetään toistuvasti samalla syvyydellä. Kun tehdään peräkkäisiä aksiaalisia leikkauksia, tämä vaurioitunut alue työkalussa voi aiheuttaa työkovettumista sekä kappaleeseen viivoja, joita ei voida hyväksyä ilmailu- ja avaruusteknisissä osissa, eli tämä vaikutus pintaan voi edellyttää työkalun aikaista vaihtoa. Tämän estämiseksi suojaa työkalu muuttamalla aksiaalista leikkuusyvyyttä jokaisessa läpiviennissä, jolloin ongelma-alue jakautuu eri kohtiin uran varrella (ks. kuva 7). Sorvauksessa vastaava tulos voidaan saavuttaa kartiosorvaamalla ensimmäinen kierros ja sorvaamalla seuraavat kierrokset yhdensuuntaisesti, jolloin estetään leikkuusyvyyden loveutuminen.
Aksiaalisen syvyyden rajoittaminen hoikkien piirteiden ympärillä
Suhde 8:1 on hyödyllistä pitää mielessä jyrsittäessä ohuita seinämiä ja kannattamattomia piirteitä titaanissa. Taskujen seinämien taipumisen välttämiseksi jyrsi nämä seinämät peräkkäisissä aksiaalivaiheissa sen sijaan, että jyrsisit koko seinämän syvyyden yhdellä jyrsinkierroksella. Tarkemmin sanottuna aksiaalinen leikkuusyvyys kussakin alaspäin suuntautuvassa vaiheessa ei saisi olla suurempi kuin 8 kertaa sen seinämän paksuus, joka jää jäljelle, kun nämä jyrsintäkierrokset on suoritettu (ks. kuva 8). Jos seinämä on esimerkiksi 0,1 tuuman paksuinen, sen vieressä olevan jyrsintäkierroksen aksiaalisen leikkuusyvyyden pitäisi olla enintään 0,8 tuumaa.
Syvyysrajasta huolimatta tätä sääntöä on mahdollista työstää niin, että tuottava jyrsintä on silti mahdollista. Voit tehdä tämän työstämällä ohuita seinämiä niin, että seinämän ympärille jää raakavarastoa, jolloin piirre on 3 tai 4 kertaa paksumpi kuin lopullinen piirre. Jos seinämä pidetään esimerkiksi 0,3 tuuman paksuisena, 8:1-sääntö mahdollistaa 2,4 tuuman akselisyvyyden. Näiden läpivientien jälkeen käytetään kevyempiä aksiaalisia syvyyksiä paksujen seinämien työstämiseksi lopulliseen mittaansa.
Työkalun valitseminen paljon taskutaskuaan pienemmäksi
Koska työkalun lämpö imeytyy titaaniin niin paljon kuin se imee itseensä kuumuuttaan, työkalun on jätettävä välystä tilaa jäähdytyksen mahdollistamiseksi. Kun jyrsitään pientä taskua, työkalun halkaisijan tulisi olla enintään 70 prosenttia taskun halkaisijasta (tai vastaavasta mitasta) (ks. kuva 9). Tätä pienemmällä välyksellä vaarana on, että työkalu eristetään jäähdytysnesteeltä ja että lastut, jotka muutoin saattaisivat kuljettaa ainakin osan lämmöstä pois, jäävät jumiin.
70 prosentin sääntöä voidaan soveltaa myös työkaluun, joka jyrsii pinnan yläreunan poikki. Tällöin piirteen leveyden tulisi olla 70 prosenttia työkalun halkaisijasta. Työkalun offset on 10 prosenttia, jotta edistetään paksun ja ohuen lastun muodostumista.
Take a Cue from Tool Steel
Korkea…syöttöjyrsimet – työkalukonsepti, joka on kehitetty työkaluterästen työstöön muotinvalmistusteollisuudessa – on viime vuosina mukautettu titaanin työstöön. Suursyöttöjyrsin vaatii pienen aksiaalisen leikkuusyvyyden, mutta kun työkalua käytetään tällä pienellä leikkuusyvyydellä, se sallii suuremmat syöttönopeudet kuin perinteisemmällä rakenteella varustetut jyrsimet.
Syy tähän on lastun oheneminen. Avain korkeaan syöttöön kykenevään jyrsimeen on insertti, jonka leikkuureunan kaarevuus on suuri (ks. kuva 10). Tämä säde levittää lastunmuodostuksen suurelle kosketusalueelle terässä. Tästä johtuvan ohenemisen vuoksi 0,040 tuuman aksiaalinen leikkuusyvyys saattaa tuottaa vain noin 0,008 tuuman lastunpaksuuden. Titaanissa tämä ohut lastu voittaa alhaisen hammaskohtaisen syötön, joka tyypillisesti vaaditaan tässä metallissa. Lastun oheneminen avaa tien suuremmalle ohjelmoidulle syöttönopeudelle kuin muuten olisi mahdollista.
LÄHESTYVÄ SISÄLTÖ
-
Missä kuiva jyrsintä on järkevää
Nestejäähdytysaine tarjoaa etuja, jotka eivät liity lämpötilaan. Pakotettu ilma on tässä työpajassa valittu neste… mutta silti perinteisestä jäähdytysnesteestä ei voida luopua kokonaan.
-
Vinkkejä titaaniseosten kierteittämiseen
Titaaniseoksiin kierteitettyjen reikien tekeminen vaatii oikeita tekniikoita, jotka pohjautuvat sekä näiden materiaalien ominaisuuksien että kierteitysprosessin erityispiirteiden ymmärtämiseen.
-
Muut kuin perinteiset menetelmät pienten reikien tekemiseen
Harkitse näitä vaihtoehtoja, kun perinteinen poraaminen ei riitä.