A titánötvözetek és az alumíniumötvözetek a következőkben hasonlítanak egymásra: Mindkét fémtípust repülőgépek szerkezeti alkatrészeinek gyártására használják, és mindkét esetben az alkatrész 90 százalékát is el kell marni az anyagból, mielőtt az alkatrész elkészülne.
Valószínűleg rengeteg műhely szeretné, ha a fémekben ennél több közös vonás lenne. A repülőgép-ipari beszállítók, akik kényelmesen megmunkálják az alumíniumot, sokkal több titán megmunkálására találják magukat, mivel az újabb repülőgép-konstrukciók egyre nagyobb mértékben használják az utóbbi fémet.
John Palmer, a Stellram vágószerszámgyártó globális repülőgépipari szegmensvezetője szerint sok ilyen műhely valójában több titán megmunkálási kapacitással rendelkezik, mint amennyivel tisztában vannak. A titán hatékony megmunkálásához számos értékes technikát nem nehéz alkalmazni, de kevés műhely használja az összes technikát, amely rendelkezésre áll ennek a fémnek a produktív marásához. Konzultál a gyártókkal a különböző repülőgépipari ötvözetek, köztük a titánötvözetek marási teljesítményének javítására irányuló módszerekről. Szerinte a titán nem kell, hogy nehéz legyen – csak a teljes megmunkálási folyamatot kell figyelembe venni, mert bármelyik elem akadályozhatja a teljes folyamat hatékonyságát.
A stabilitás a kulcs, mondja. Amikor a szerszám hozzáér a munkadarabhoz, bezár egy kört. A szerszám, a szerszámtartó, az orsó, az oszlop, az út, az asztal, a rögzítés és a munkadarab mind részei ennek a körnek, és részei a szükséges stabilitásnak. További fontos szempontok közé tartozik a hűtőközeg nyomása és mennyisége, valamint a hűtőközeg adagolásának módja, továbbá a módszertan és az alkalmazás – ennek a cikknek a középpontjában. Azokban az eljárásokban rejlő lehetőségek nagyobb mértékű kiaknázása érdekében, amelyekben valóban van lehetőség a titán produktív megmunkálására, Palmer úr gyakran osztja meg a következő tippek mindegyikét tartalmazó tanácsokat:
- Keep Radial Engagement Low
- A furatszám növelése
- Vastagból vékony forgács készítése
- Arc In
- Vég a fazettán
- Bízzon a másodlagos tehermentesítésben
- A tengelymélység módosítása
- A tengelymélység korlátozása a karcsú vonások körül
- A zsebnél jóval kisebb szerszámot válasszon
- Vegyünk példát a szerszámacélból
- RELATED CONTENT
- Hol van értelme a száraz marásnak
- Tippek a titánötvözetek menetfúrásához
- Kis furatok készítésének nem hagyományos módszerei
Keep Radial Engagement Low
A titán egyik alapvető kihívása a hőelvezetés. Ennél a fémnél a megmunkálás során keletkező hőből viszonylag kevés jut ki a forgáccsal együtt. Más fémek megmunkálásához képest a titán megmunkálásakor a hő nagyobb százaléka a szerszámba kerül. Emiatt a hatás miatt a sugárirányú megmunkálás megválasztása diktálja a felületi sebesség megválasztását ennél a fémnél.
Az 1. ábrán látható grafikon mutatja ezt. A teljes hornyolás – azaz a 180 fokos bevágás – viszonylag alacsony felületi sebességet igényel. A radiális beavatkozás csökkentése azonban csökkenti a vágóél hőtermelésének idejét, és több időt hagy a vágóélnek, hogy lehűljön, mielőtt a következő fordulatnál belép az anyagba. Így, ahogy a radiális beavatkozás csökken, a felületi sebesség növelhető, miközben a hőmérséklet a vágási ponton megmarad. A befejezéshez egy nagyon kis érintkezési ívből álló marási eljárással, éles, élezett vágóéllel, nagy felületi sebességgel és foganként minimális előtolással kivételes eredményeket lehet elérni.
A furatszám növelése
Az általánosan használt végmarók négy vagy hat furattal rendelkeznek. Titánban ez túl kevés lehet. Hatékonyabb lehet a hornyok száma tíz vagy több (lásd a 2. ábrát).
A hornyok számának növelése kompenzálja az alacsony fogankénti előtolás szükségességét. A 10 fogazású szerszám szoros hornyolástávolsága sok alkalmazásban túl szűk a forgácstisztításhoz. A titán termelékeny marása azonban már eleve az alacsony radiális mélységnek kedvez (lásd az 1. tippet). Az így keletkező kis forgács nyitva hagyja a lehetőséget arra, hogy a termelékenység növelése érdekében nagy fogazásszámú marót használjunk.
Vastagból vékony forgács készítése
A “mászómarás” az ismert kifejezés erre az elképzelésre. Ez azt jelenti, hogy a marót nem szabad úgy előtolni, hogy az él az anyagon keresztül ugyanabban az irányban mozogjon, mint ahogy a szerszám előtolja. A “hagyományos marás” néven ismert megmunkálásnak ez a megközelítése azt eredményezi, hogy a forgács vékonyan indul és egyre vastagabb lesz. Ahogy a szerszám beleütközik az anyagba, a súrlódási erők hőt termelnek, mielőtt az anyag elkezdene leválni az alapfémből. A vékony forgács nem képes elnyelni és kilökni ezt a keletkezett hőt, amely ehelyett a forgácsolószerszámba kerül. Ezután a kilépési ponton, ahol a forgács vastag, a megnövekedett vágási nyomás miatt a forgács megtapadása veszélyessé válik.
A kúszómarás – vagy a vastagból vékony forgács kialakulása – úgy kezdődik, hogy a vágóél belép a felesleges anyagba, és a kész felületen lép ki (lásd a 3. ábrát). Oldalmarásnál a szerszám megpróbál “átmászni” az anyagon, vastag forgácsot hozva létre a belépéskor a maximális hőfelvétel érdekében, és vékony forgácsot a kilépéskor a forgácstapadás megakadályozása érdekében.
A kontúrfelület marása a szerszámpálya alapos vizsgálatát igényli, hogy a szerszám továbbra is a felesleges anyagon lépjen be, és a kész felületen lépjen ki ilyen módon. Ennek elérése a bonyolult menetek során nem mindig olyan egyszerű, mint pusztán az anyag jobbra tartása.
Arc In
A titánban és más fémekben a szerszám élettartama a rázós erőváltozás pillanataiban elvész. E pillanatok közül a legrosszabb gyakran akkor következik be, amikor a szerszám belép az anyagba. A közvetlen beletolás az alapanyagba (ahogyan azt szinte minden szabványos szerszámpálya tenné) olyan hatást vált ki, mintha kalapáccsal ütnénk a vágóélre.
Lágyan csússzon be helyette. Ehhez hozzon létre egy olyan szerszámpályát, amely a szerszámot ívben vezeti be az anyagba ahelyett, hogy egyenes vonalban lépne be (lásd a 4. ábrát). Vastagságtól vékonyra marásnál a szerszámpálya belépési ívének ugyanazt az irányt (az óramutató járásával megegyező vagy ellentétes irányt) kell követnie, mint a szerszám forgásának. Az íves belépési pálya lehetővé teszi a vágóerő fokozatos növelését, megelőzve a szerszám elkapását vagy instabilitását. A hőtermelés és a forgácsképződés szintén fokozatosan növekszik, amíg a szerszám teljesen be nem kapcsolódik a vágásba.
Vég a fazettán
A szerszám kilépésénél is előfordulhatnak rázó erőváltozások. Bármennyire is hasznos a vastól-vékonyig vágás (3. tipp), a probléma ezzel a módszerrel az, hogy a vastól-vékonyig kialakulás hirtelen megszűnik, amikor a szerszám a menet végére ér, és elkezd tisztulni a fémen. A hirtelen váltás hasonlóan hirtelen erőváltozást eredményez, ami sokkolja a szerszámot és esetleg megrongálja az alkatrész felületét. Annak érdekében, hogy az átmenet ne legyen ilyen hirtelen, elővigyázatosságból először egy 45 fokos ferdeséget kell marni a menet végén, hogy a szerszám fokozatosan csökkenjen a radiális vágási mélység (lásd az 5. ábrát).
Bízzon a másodlagos tehermentesítésben
Az éles vágóél minimalizálja a vágási erőket titánban, de a vágóélnek elég erősnek is kell lennie ahhoz, hogy ellenálljon a vágási nyomásnak. A másodlagos relieffel rendelkező szerszámkialakítás, amelyben a vágóél első pozitív területe ellenáll az erőknek, majd a második terület elmarad, hogy növelje a hézagot, mindkét célt megvalósítja (lásd a 6. ábrát). A szerszámoknál gyakori a szekunderrelief, de különösen a titán esetében a különböző szekunderrelief-kialakítású szerszámokkal való kísérletezés meglepő változásokat tárhat fel a vágási teljesítményben vagy a szerszám élettartamában.
A tengelymélység módosítása
A vágási mélységben az oxidáció és a kémiai reakció hatással lehet a szerszámra. Ezen az egy helyen korai károsodás léphet fel, ha a szerszámot ismételten ugyanabban a mélységben használják. Az egymást követő axiális vágások során a szerszámnak ez a sérült területe munkakeményedést, valamint az alkatrészen olyan vonalakat okozhat, amelyek elfogadhatatlanok a repülőgép-alkatrészeknél, vagyis ez a felületre gyakorolt hatás szükségessé teheti a szerszám korai cseréjét. Ennek megelőzése érdekében úgy védje a szerszámot, hogy minden egyes menetben változtatja a tengelyes vágási mélységet, így a problémás területet a furat különböző pontjaira osztja el (lásd a 7. ábrát). Esztergálásnál hasonló eredmény érhető el az első menet kúpos esztergálásával és a következő menet párhuzamos esztergálásával, ami megakadályozza a vágásmélységi bevágást.
A tengelymélység korlátozása a karcsú vonások körül
A 8:1 arányt hasznos megjegyezni vékony falak és nem alátámasztott vonások marásakor titánban. A zsebfalak elhajlásának elkerülése érdekében ezeket a falakat egymást követő axiális lépésekben marja meg, ahelyett, hogy a teljes falmélységig a végmaróval egy menetben marna. Pontosabban, a vágás axiális mélysége minden egyes lefelé irányuló lépésnél nem lehet nagyobb, mint a fal vastagságának nyolcszorosa, amely e marási meneteket követően hátramarad (lásd a 8. ábrát). Ha például a fal vastagsága 0,1 hüvelyk, akkor a mellette lévő marási menet tengelyirányú vágásmélysége nem lehet több, mint 0,8 hüvelyk.
A mélységhatár ellenére ezt a szabályt meg lehet dolgozni úgy, hogy a produktív marás még mindig lehetséges. Ehhez a vékony falakat úgy kell megmunkálni, hogy a fal körül egy nyersanyag-burkolat maradjon, így a furat 3-4-szer vastagabb lesz, mint a végső furat. Ha például a falat 0,3 hüvelyk vastagságban tartjuk, akkor a 8:1 szabály 2,4 hüvelyk tengelymélységet tesz lehetővé. Ezeket a meneteket követően kisebb axiális mélységeket vegyen, hogy a vastag falakat a végső méretig megmunkálja.
A zsebnél jóval kisebb szerszámot válasszon
Azért, mert a szerszám a titánban olyan mértékben veszi fel a hőt, a szerszámnak a hűtés érdekében hézagokra van szüksége. Kis zseb marásakor a szerszám átmérője nem lehet nagyobb, mint a zseb átmérőjének (vagy hasonló méretének) 70 százaléka (lásd a 9. ábrát). Ennél kisebb hézag esetén fennáll a veszélye annak, hogy a szerszám lényegében elszigetelődik a hűtőfolyadéktól, valamint csapdába ejti a forgácsot, amely egyébként a hő legalább egy részét elvezetné.
A 70 százalékos szabály alkalmazható a felület tetején keresztben maró szerszámra is. Ebben az esetben a vonás szélességének a szerszám átmérőjének 70 százalékát kell elérnie. A szerszámot 10 százalékkal eltoljuk, hogy elősegítsük a vastag-vékony forgács kialakulását.
Vegyünk példát a szerszámacélból
Magas…A nagy előtolású marókat – egy szerszámkoncepciót, amelyet a szerszámacélok megmunkálására fejlesztettek ki a szerszám- és öntőiparban – az elmúlt években a titán megmunkálására is adaptálták. A nagy előtolású marógépek kis axiális vágási mélységet igényelnek, de ha ilyen kis mélységben működnek, a szerszám nagyobb előtolási sebességet tesz lehetővé, mint a hagyományosabb kialakítású marógépek.
A forgácsvékonyítás az oka. A nagy előtolású marógép kulcsa egy olyan betét, amelynek vágóéle nagy sugarú ívvel rendelkezik (lásd a 10. ábrát). Ez a sugár szétteríti a forgácsképződést az él nagy érintkezési felületén. Az így létrejövő elvékonyodás miatt egy 0,040 hüvelykes axiális vágási mélység csak kb. 0,008 hüvelykes forgácsvastagságot eredményezhet. Titánban ez a vékony forgács leküzdi a fogankénti alacsony előtolást, amelyre ebben a fémben jellemzően szükség van. A forgács vékonyodása nagyobb programozott előtolási sebességet tesz lehetővé, mint ami egyébként lehetséges lenne.
RELATED CONTENT
-
Hol van értelme a száraz marásnak
A folyékony hűtőfolyadék a hőmérséklettől független előnyöket kínál. Ebben a műhelyben a kényszerített levegő a választott folyadék… de még így sem lehet teljesen kiküszöbölni a hagyományos hűtőfolyadékot.
-
Tippek a titánötvözetek menetfúrásához
A titánötvözetekben a menetes furatok készítéséhez megfelelő technikákra van szükség, amelyek mind ezen anyagok tulajdonságainak, mind a menetfúrási folyamat sajátosságainak ismeretén alapulnak.
-
Kis furatok készítésének nem hagyományos módszerei
Figyeljen ezekre az alternatívákra, ha a hagyományos fúrás nem képes elvégezni a munkát.