Glodanje titana pomoću ISCAR-a
18.12.2017
Izniman odnos čvrstoće i mase i osobina visoke otpornosti na koroziju titana, rezultirali su trajnim rastom tog značajnog inženjerskog materijala u mnogim zahtevnim sektorima, pa tako i u vazduhoplovnoj industriji.
Proizvodnja kritičnih konstrukcijskih delova od titana obezbeđuje njihove zahtevane performanse i pouzdanost, uz značajno smanjenje mase delova. Iako je činjenica da titan ima dobar odnos čvrstoće prema masi bitna za sve njegove korisnike, ona je posebno važna u vazduhoplovnoj industriji, jer se zbog tih osobina poboljšavaju performanse aviona i povećava ušteda goriva.
Negativna posledica primene titana su poteškoća koje se javljaju prilikom obrade odvajanjem čestica tog teško obradivog materijala. Kada se u metaloprerađivačkim industrijama koristi riječ „titan“, obično se ne odnosi samo na čisti titan, već i na titanove legure. U skladu s metalurškim osobinama, koje zavise od prisutnih elemenata, odstoji nekoliko grupa titana: komercijalni čisti titan (nelegiran), α-, β-, α-β- i ostale legure. Nekad se smatralo da je obradivost titana slična onoj kod austenitnih nerđajućih čelika. Ta pretpostavka je više ili manje istinita ako se odnosi na komercijalni čisti titan, ali je potpuno pogrešna u poređenju s tretiranim α-β- i posebno β-titanskim legurama.
Ocena obradivosti snažno zavisi od tipa titana i njegovog tretmana. Obradivost široko primenjivog kaljenog titana TiAl6V4 je približno 35-40 % manja od kaljenog nerđajućeg čelika AISI 304. Međutim, ukoliko uzmemo obradivost prethodno spomenute vrste titana kao 100 %, takozvani „trostruki 5“, titan 5-5-5-3, materijal koji uzrokuje najčešće glavobolje u vezi s obradom u mnogim pogonima, ima karakteristike obradivosti koje su dvostruko lošije.
Proizvođači alatnih mašina nastavljaju s uvođenjem inovacija i razvoja da bi obradu titana učinili efikasnijom. Moderne alatne mašine omogućavaju operatorima primenu unapređenih strategija obrade i trendovskih metoda obrade. Međutim, tipične male brzine rezanja koje se upotrebljavaju pri obradi titana dramatično ograničavaju potencijal efikasnosti alatnih mašina i rezultiraju time da rezni alat postaje najslabija karika čitavog tehničkog proizvodnog sistema. Ukratko, rezni alat određuje granice proizvodnosti pri obradi titana, i kao takav postaje glavni faktor u nastojanju za radikalnim poboljšanjem takve situacije.
Zbog male toplotne provodljivosti titana, glavni problem prilikom obrade tog materijala je generisanje toplote. Loše provođenje toplote dovodi do toga da se značajno toplotno opterećenje direktno prenosi na reznu oštricu alata. Takođe, što pri obradi čelika stvara manje probleme, modul elastičnosti titana uveliko doprinosi stvaranju vibracija tokom obrade odvajanjem čestica, a kao rezultat javljaju se problemi vezani uz kvalitet i preciznost obrađene površine.
Proizvođači reznih alata nastavljaju s ulaganjem velikih napora pri razvoju alata za efikasnu obradu titana. Obrada titanskih delova je proces sa značajnim tzv. buy-to-fly odnosom, gde je masa materijala koga je potrebno ukloniti bitno veća od mase gotovog proizvoda. Konačna masa završenih titanskih delova može da iznosi svega 10 % ili manje od početne mase obratka. Često ti delovi imaju gnezda, džepove i rebra, koji diktiraju glodanje kao glavnu operaciju obrade. Za posledicu, svaki novi alat koji je namenjen glodanju titana stvara intenzivni interes u globalnoj tehničkoj zajednici. Stoga najnoviji proizvodi iz ISCAR-a, inovatora prepoznatog na ovom tržištu, uvek privlače pozornost proizvođača koji su uključeni u obradu titana.
Materijal iz kog je alat napravljen je od fundamentalnog značenja za uspeh reznih alata, posebno za primenu pri obradi glodanjem s izmenljivim pločicama teško obradivih materijala u vazduhoplovstvu, kao što je titan. Unutar tog područja, ISCAR je razvio novi tip tvrdometalnih alata u kvalitetu IC840. Reč „novi“ odnosi se na sve elemente tog tipa alata: karakterističan za IC840 je novi supstrat i inovativna tvrda PVD prevlaka. Supstrat je visoko otporan na toplotne napukline; bronzana, „čokoladna“ prevlaka pokazuje visoku otpornost na oksidaciju i nalepljivanje odvojene čestice; dok postupak nakon prevlačenja poboljšava žilavost. Prednost tih kombinacija u IC840 osigurava korisnicima velike mogućnosti u glodanju titana. ISCAR veruje da će nova „čokolada“ definitivno zadovoljiti zahteve prerađivače titanskih komponenata i povećati performanse glodala s izmenjivim pločicama.
Kao što je prethodno spomenuto, glodanje titana obično uključuje odvajanje značajne količine materijala. Istinski „radni konji“ u ovom području su alati s izmenljivim pločicama s produženim žlebovima, koji su namenjeni za grubo glodanje dubokih džepova, šupljina i širokih utora. Za takve operacije je ISCAR razvio HELITANG T490, glodala s tangencijalno stegnutim pločicama, kao i MILLSHRED P290 glodala s pilastim pločicama koje obezbeđuju efikasnu obradu odvajanjem čestica (s efektom lomljenja čestica). Dodatno, kompanija nudi HELITANG FIN, porodicu tangencijalnih glodala s produženom oštricom tzv. kukuruzara koja je razvijena posebno za srednjefinu obradu.
ISCAR je nedavno plasirao novu grupu glodala-kukuruzara koja su povezana s ranije dokazanom i popularnom HELIQUAD porodicom. To su glodala s jednostranim kvadratnim pločicama, koje se radijalno stežu u glodalo. Zašto je kompanija poznata po svojoj posvećenosti inovativnim alatima opremila nova glodala „tradicionalnim“ kvadratnim pločicama? Vrlo jednostavno, novi kukuruzari imaju strukturu posebne konstrukcije, koja rezultira značajnim unapređenjem dinamičke krutosti i antivibracijske čvrstoće. Uz to, radijalno stezanje pločice omogućava korišćenje lomača odvojenih čestica velikog volumena, koji je odgovor na slobodni tok odvojenih čestica (strugotine) primenom visokoefikasnog glodanja (engl. metal removal rates – MRR). Takođe, alati s popularnim prečnicima imaju provrte za unutrašnje hlađenje, koji su posebno razvijeni za obradu pomoću dovoda sredstva za hlađenje pod visokim pritiskom (engl. high-pressure coolant - HPC). Čak i te „jednostavne“ kvadratne pločice karakteriše napredna rezna geometrija koja obezbeđuje efikasno glodanje titana.
HELITANG T490 i MILLSHRED P290 namenjeni su za produktivnu grubu obradu, a HELITANG FIN za kvalitetnu srednjefinu obradu titanskih obradaka, novi HELIQUAD (u stvari HELIQUAD) kukuruzari sa stajališta aplikacije omogućavaju visokoefikasno glodanje s površinom obrade koja je blizu srednjefine obrade.
ISCAR je nedavno lansirao Ti-TURBO porodicu tvrdometalnih glodala prečnika u rasponu od 6 do 20 mm. Nova porodica je razvijena za operacije završne obrade, kao i za visokobrzinsku obradu (engl. high-speed machining - HSM) uglavnom utora, primenom trohoidalne tehnike glodanja. Trohoidalno glodanje karakteriše mala širina i velika dubina glodanja, kombinovano s putanjom alata koja je oblika trohoidne krivulje. U takvim uslovima alat „reže slojeve“ metala pri visokoj brzini. Ulazni ugao je mali, a generisane odvojene čestice (strugotina) su vrlo tanke. To rezultira dramatičnim smanjenjem toplotnog opterećenja na alatu. Ti-TURBO glodala, jedinstvenog patentiranog oblika, imaju 7 ili 9 varijabilnih oštrica s varijabilnim uglom zavojnice (slično kao i Iscar CHATTERFREE tvrdometalna glodala), što obezbeđuje snažan otpor vibracijama. To je razlog zašto se nova porodica smatra istinskim turbo pokretačem na području glodanja titana.
ISCAR-ova MULTI-MASTER raznovrsna linija alata s izmenljivim tvrdometalnim glavicama, nedavno je unapređena uvođenjem novih visokoefikasnih glavica za glodanje velikim brzinama smicanja, šest oštrica i centralnim provrtima za unutrašnje hlađenje kroz alat. Supstrat glavice s ultrafinim zrncima tvrdog metala, zaštićen unapređenom AL-TEC tehnologijom prevlačenja, obezbeđuje izvrsnu otpornost na trošenje i žilavost. Glavice se koriste za visokoefikasno glodanje s velikim brzinama smicanja (engl. high feed milling - HFM), što rezultira značajnim skraćivanjem vremena mašinske obrade.
Proizvođači titanskih delova konstantno postavljaju nove zahteve na proizvođače reznih alata. Da bi udovoljili tim izazovima, proizvođači reznih alata prisiljeni su da svakodnevno razmišljaju o novim načinima obrade. ISCAR-ov tim za razvoj i istraživanje nastavlja da sarađuje s mnogim svetskim vodećim proizvođačima titanskih delova, da bi obezbedili kompanijama vodeće pozicije unutar ovog izazovnog sektora industrije.