Titaniumlegeringen en aluminiumlegeringen zijn op de volgende manieren gelijk: Beide soorten metalen worden gebruikt om structurele onderdelen voor vliegtuigen te maken, en in beide gevallen kan het nodig zijn 90 procent van het materiaal weg te frezen voordat het onderdeel compleet is.
Veel winkels zouden waarschijnlijk willen dat de metalen meer gemeen hadden dan dit. Toeleveranciers in de vliegtuigindustrie die zich op hun gemak voelen bij het bewerken van aluminium, bewerken veel meer titanium, omdat bij nieuwere vliegtuigontwerpen meer gebruik wordt gemaakt van dit metaal.
John Palmer, global aerospace segment manager bij snijgereedschapmaker Stellram, zegt dat veel van deze werkplaatsen in feite meer capaciteit voor het bewerken van titanium hebben dan ze zich realiseren. Veel waardevolle technieken voor het effectief bewerken van titanium zijn niet moeilijk toe te passen, maar slechts weinig winkels gebruiken alle technieken die beschikbaar zijn om dit metaal productief te frezen. Hij overlegt met fabrikanten over methoden om de freesprestaties in diverse lucht- en ruimtevaartlegeringen, waaronder titaanlegeringen, te verbeteren. Hij zegt dat titanium niet moeilijk hoeft te zijn – het is gewoon zo dat het hele bewerkingsproces in aanmerking moet worden genomen, omdat elk element de effectiviteit van het totale proces kan belemmeren.
Stabiliteit is de sleutel, zegt hij. Als het gereedschap het werkstuk raakt, sluit het een cirkel. Het gereedschap, de gereedschapshouder, de spil, de kolom, de geleidingen, de tafel, de opspanmiddelen en het werkstuk maken allemaal deel uit van die cirkel, en van de nodige stabiliteit. Andere belangrijke overwegingen zijn de koelmiddeldruk en het koelmiddelvolume, de koelmiddeltoevoermethode, de methodologie en de toepassing – de focus van dit artikel. Om meer te halen uit het potentieel van die processen die wel de mogelijkheid hebben om titanium productief te bewerken, deelt de heer Palmer vaak advies met inbegrip van alle volgende tips:
- Keep Radial Engagement Low
- Verhoog de hoeveelheid spiraal
- Make a Thick-to-Thin Chip
- Arc In
- Einde op een afschuining
- Vertrouwen op secundaire reliëf
- Alter de asdiepte
- Limit the Axial Depth Around Slender Features
- Kies een gereedschap dat veel kleiner is dan de kamer
- Take a Cue from Tool Steel
- GERELATEERDE INHOUD
- Waar droog frezen zinvol is
- Tips voor het tappen van titanium legeringen
- Niet-traditionele methodes voor het maken van kleine gaten
Keep Radial Engagement Low
Een van de cruciale uitdagingen van titanium is warmteafvoer. In dit metaal wordt relatief weinig van de warmte die tijdens de bewerking ontstaat, met de spaan afgevoerd. Vergeleken met de bewerking van andere metalen gaat een groter percentage van de warmte bij een titaniumbewerking in het gereedschap zitten. Vanwege dit effect dicteert de keuze van radiale betrokkenheid de keuze van oppervlaktesnelheid in dit metaal.
De grafiek in figuur 1 laat dit zien. Een volledige groef, d.w.z. een 180-graden verbinding, vereist een relatief lage oppervlaktesnelheid. Maar het verminderen van de radiale inzet vermindert de tijd dat de snijkant warmte genereert, en geeft de snijkant meer tijd om af te koelen voordat hij bij de volgende omwenteling in het materiaal gaat. Naarmate de radiale betrokkenheid wordt verminderd, kan de oppervlaktesnelheid dus worden verhoogd, terwijl de temperatuur bij het snijpunt gelijk blijft. Voor de afwerking kan een freesproces bestaande uit een zeer kleine contactboog met een scherpe, geslepen snijkant en een hoge oppervlaktesnelheid en minimale voeding per tand uitzonderlijke resultaten realiseren.
Verhoog de hoeveelheid spiraal
Gewoonlijk gebruikte frezen hebben vier of zes spiraal. In titanium kan dit te weinig zijn. Het effectievere aantal fluiten zou tien of meer kunnen zijn (zie figuur 2).
Het vergroten van het aantal groeven compenseert voor de noodzaak van een lage voeding per tand. De nauwe spiraalafstand van een gereedschap met 10 tanden is bij veel toepassingen te krap voor spaanafvoer. Het productief frezen van titanium geeft echter al de voorkeur aan een geringe radiale diepte (zie tip 1). De kleine spaan die hierdoor ontstaat laat de vrijheid om een frees met een hoog aantal tanden te gebruiken om de productiviteit te verhogen.
Make a Thick-to-Thin Chip
“Klimfrezen” is de bekende term voor dit idee. Dat wil zeggen, voer de frees niet zo aan dat de rand door het materiaal beweegt in dezelfde richting als waarin het gereedschap wordt aangevoerd. Dit staat bekend als “conventioneel frezen” en zorgt ervoor dat de spaan dun begint en dikker wordt. Als het gereedschap het materiaal raakt, creëren wrijvingskrachten warmte voordat het materiaal begint af te schuiven van het moedermetaal. Een dunne spaan is niet in staat om de opgewekte warmte te absorberen en af te voeren, die in plaats daarvan in het snijgereedschap terechtkomt. Dan, op het punt van uitgang waar de spaan dik is, maakt de verhoogde snijdruk spaanadhesie tot een gevaar.
Klimmend frezen – of spaanvorming van dik naar dun – begint met de snijkant die het overtollige materiaal binnendringt en op het afgewerkte oppervlak uitkomt (zie figuur 3). Bij zijwaarts frezen probeert het gereedschap over het materiaal te “klimmen”, waarbij een dikke spaan ontstaat bij het binnendringen voor maximale warmteabsorptie en een dunne spaan bij het uittreden om spaanaanhechting te voorkomen.
Contour oppervlakte frezen vereist nauwgezette controle van het gereedschapspad om ervoor te zorgen dat het gereedschap op deze manier blijft binnenkomen op het overtollige materiaal en verlaten op het afgewerkte oppervlak. Dit is bij ingewikkelde bewerkingen niet altijd zo eenvoudig als het materiaal naar rechts houden.
Arc In
In titanium en andere metalen gaat de levensduur van het gereedschap verloren op momenten van schokken door verandering van kracht. Het ergste van deze momenten doet zich vaak voor wanneer het gereedschap het materiaal binnengaat. Rechtstreeks insteken in de voorraad (zoals bijna elke standaard gereedschapsbaan zou doen) geeft een effect dat vergelijkbaar is met het slaan op de snijkant met een hamer.
Glijd in plaats daarvan zachtjes in. Om dit te doen, maakt u een gereedschapsbaan die het gereedschap in een boog in het materiaal brengt in plaats van in een rechte lijn (zie figuur 4). Bij dik-naar-dun frezen moet de baan dezelfde richting volgen (met de klok mee of tegen de klok in) als de rotatie van het gereedschap. De boogvormige aanzet zorgt voor een geleidelijke toename van de snijkracht, waardoor snateren of instabiliteit van het gereedschap wordt voorkomen. Warmteontwikkeling en spaanvorming nemen ook geleidelijk toe totdat het gereedschap volledig in de snede is opgenomen.
Einde op een afschuining
Jarring veranderingen in kracht kunnen ook optreden bij de gereedschapuitgang. Hoe nuttig dik-op-dun snijden ook is (tip #3), het probleem met deze methode is dat de dik-op-dunvorming plotseling stopt als het gereedschap het einde van de bewerking bereikt en het metaal begint vrij te maken. De abrupte verandering veroorzaakt een gelijkaardige abrupte verandering in kracht, waardoor het gereedschap geschokt wordt en het oppervlak van het werkstuk misschien beschadigd wordt. Om te voorkomen dat de overgang zo plotseling is, moet u eerst een afschuining van 45 graden frezen aan het einde van de bewerking, zodat de radiale snijdiepte van het gereedschap geleidelijk afneemt (zie figuur 5).
Vertrouwen op secundaire reliëf
Een scherpe snijkant minimaliseert de snijkrachten in titanium, maar de snijkant moet ook sterk genoeg zijn om snijdruk te weerstaan. Een ontwerp met secundair reliëf, waarbij het eerste positieve deel van de snijkant de krachten weerstaat, waarna het tweede deel wegvalt om de speling te vergroten, bereikt deze beide doelstellingen (zie figuur 6). Secondair reliëf is gebruikelijk in gereedschappen, maar in het bijzonder in titanium kan het experimenteren met gereedschappen met verschillende secundaire reliëfontwerpen verrassende veranderingen in snijprestaties of standtijd onthullen.
Alter de asdiepte
Op de snijdiepte kunnen oxidatie en chemische reactie het gereedschap aantasten. Op deze plaats kan vroegtijdige schade optreden als het gereedschap herhaaldelijk op dezelfde diepte wordt gebruikt. Bij opeenvolgende axiale snedes kan dit beschadigde gebied van het gereedschap werkverharding veroorzaken, evenals lijnen op het werkstuk die onaanvaardbaar zijn voor lucht- en ruimtevaartonderdelen, wat betekent dat dit effect op het oppervlak een vroege gereedschapswissel noodzakelijk kan maken. Om dit te voorkomen, moet u het gereedschap beschermen door de axiale snedediepte bij elke snede te veranderen, zodat het probleemgebied over verschillende punten langs de spiraal wordt verdeeld (zie afbeelding 7). Bij het draaien kan een vergelijkbaar resultaat worden bereikt door de eerste gang conisch te draaien en de volgende gang parallel te draaien, waardoor kerven in de snijdiepte wordt voorkomen.
Limit the Axial Depth Around Slender Features
De verhouding 8:1 is nuttig om te onthouden bij het frezen van dunne wanden en niet-ondersteunde features in titanium. Om doorbuiging van kamerwanden te voorkomen, freest u deze wanden in opeenvolgende axiale stappen in plaats van met één gang van een frees de gehele wanddiepte te frezen. De axiale snedediepte bij elke stap omlaag mag niet groter zijn dan 8 maal de dikte van de wand die achterblijft nadat deze freesgangen zijn uitgevoerd (zie figuur 8). Als de wand bijvoorbeeld 0,1 inch dik is, mag de axiale snijdiepte voor een freesgang ernaast niet meer dan 0,8 inch zijn.
Ondanks de dieptebeperking is het mogelijk om deze regel zo te bewerken dat productief frezen nog steeds mogelijk is. Om dit te doen, frees je dunne wanden zodat er een enveloppe van ruwe voorraad overblijft rond de wand, waardoor de vorm 3 of 4 keer dikker wordt dan de uiteindelijke vorm. Als de wand bijvoorbeeld 0,3 inch dik wordt gehouden, dan staat de 8:1 regel een axiale diepte van 2,4 inch toe. Na deze passages, neem lichtere axiale dieptes om de dikke wanden te bewerken tot hun uiteindelijke afmeting.
Kies een gereedschap dat veel kleiner is dan de kamer
Wegens de mate waarin het gereedschap warmte absorbeert in titanium, heeft het gereedschap speling nodig om afkoeling mogelijk te maken. Bij het frezen van een kleine kamer mag de diameter van het gereedschap niet meer dan 70 procent van de diameter (of vergelijkbare afmeting) van de kamer zijn (zie figuur 9). Minder speling dan dit houdt het risico in dat het gereedschap in wezen wordt geïsoleerd van koelvloeistof, en dat de spanen worden opgesloten die anders ten minste een deel van de warmte zouden kunnen afvoeren.
De 70-procentregel kan ook worden toegepast op een gereedschap dat over de bovenkant van een oppervlak freest. In dit geval moet de breedte van de frees 70 procent van de diameter van het gereedschap zijn. Het gereedschap wordt 10 procent verplaatst om de creatie van dikke tot dunne spanen te bevorderen.
Take a Cue from Tool Steel
Highfrezen – een concept dat is ontwikkeld voor de bewerking van gereedschapsstaal in de matrijzen-/vormindustrie – zijn de laatste jaren aangepast voor de bewerking van titanium. Een frees met hoge aanzet vereist een geringe axiale snijdiepte, maar wanneer het gereedschap op deze geringe diepte wordt gebruikt, zijn hogere aanzetten mogelijk dan bij frezen met een conventioneler ontwerp.
De reden hiervoor is spaanverdunning. De sleutel tot een frees met een hoge aanzet is een wisselplaat met een grote radius aan de snijkant (zie figuur 10). Deze radius spreidt de spaanvorming over een groot contactoppervlak op de rand. Door de daaruit voortvloeiende verdunning kan een axiale snijdiepte van 0,040 inch een spaandikte opleveren van slechts ongeveer 0,008 inch. In titanium maakt deze dunne spaan de lage voeding per tand, die typisch is voor dit metaal, ongedaan. Het dunner worden van de spaan opent de weg naar een hogere geprogrammeerde voedingssnelheid dan anders mogelijk zou zijn.
GERELATEERDE INHOUD
-
Waar droog frezen zinvol is
Vloeibare koelvloeistof biedt voordelen die niets met temperatuur te maken hebben. Geforceerde lucht is de vloeistof van keuze in deze winkel … maar zelfs zo, conventionele koelvloeistof kan niet volledig worden geëlimineerd.
-
Tips voor het tappen van titanium legeringen
Het maken van schroefdraadgaten in titanium legeringen vraagt om de juiste technieken gebaseerd op een goed begrip van zowel de eigenschappen van deze materialen als de eigenaardigheden van het tappen proces.
-
Niet-traditionele methodes voor het maken van kleine gaten
Overweeg deze alternatieven wanneer conventioneel boren de klus niet kan klaren.