Nástroje, které zvládnou i to, na co běžné nestačí

Současný soubor materiálů používaných při výrobě leteckých motorů se může značně lišit v závislosti na jejich umístění v motoru. Vzhledem k extrémním silám a teplotám, k nimž dochází při jejich provozu, jsou používány materiály s vysokou pevností a odolností vůči vysokým teplotám, jako jsou Inconel, Waspalloy a titan. K výrobě motorových částí jsou používány materiály založené na niklu a jiné žáruvzdorné slitiny s tepelnou odolností a nízkou vodivostí tepla bránící změkčení, k němuž dochází, když se hrot řezného nástroje zahřívá. Kvůli komplikovanému složení těchto materiálů je velmi obtížné jejich obrábění, což vyžaduje dedikované nástroje se speciální geometrií a specifickou obráběcí technikou. Z hlediska obrobitelnosti je proto nutné věnovat pozornost kalení, svařování a štípání břitu.

Vrtáky na tepelně odolné materiály

Společnost Nachi vyvinula sérii karbidových vrtáků AquaEx s proprietárními geometriemi a povlaky určenými speciálně pro obrábění leteckých materiálů. Jsou vyrobeny z velmi jemného mikrovlákna karbidu se submikronovým zrnem, potažené speciálním povlakem GSX na bázi TiALN + AlTiCr, což zajišťuje lepší odolnost vůči teplu a opotřebení ve srovnání s běžnými povlaky TiALN. Povlak GSX vydrží provozní teploty až 1200 °C ve srovnání s 900 °C odolností TiALN. Přizpůsobený povlak na bázi TiALN zajišťuje vynikající přilnavost a poskytuje velkou mechanickou pevnost, zatímco nanokrystalický povlak AlTiCr dodává nástrojům vynikající tvrdost za tepla, odolnost vůči oxidačním a tepelně izolačním vlastnostem. Speciálně navržený úhel pro vrtání do vysokoteplotních materiálů, jako je Inconel, a zakřivení ve tvaru „J“ zlepšují rozlomení třísky, jejichž vynikající odvod zajišťují hladce leštěné žlábky.
Zatímco při tradičním vyvrtávání do materiálu Inconel 718 s karbidovým nástrojem s vnitřním chlazením vydržel vrták při rychlosti 1180 ot/min 30 otvorů, nástroj stejného typu řady AquaEx zvládl při stejných řezných podmínkách i ve vyšších otáčkách (1650 ot/min) až 240 otvorů, což znamená 8násobně delší životnost.
Karbidové vrtáky a koncové frézy z tvrdokovu pro žáruvzdorné slitiny a komponenty turbínových motorů představují velmi přesné a vysoce tuhé nástroje používající tvrdé karbidové slitiny odolné vůči teplu.
Zástupci této skupiny jsou vrtáky SGOH a SGESS. Konstrukce jejich břitů, která je odolná třískám, poskytuje vynikající řeznou hranu.

Speciální frézy
Slitina titanu Ti-6A1-4V běžně používaná u turbínových kotoučů a lopatek nabízí poloviční hmotnost oceli a má poměrně vysokou tvrdost a pevnost při vysokých teplotách. Je odolná proti korozi a nemagnetická, což je pro letecký průmysl výhodou. Vzhledem k velké afinitě mezi materiálem a řezným nástrojem během obrábění je však nutné dát pozor na vibrace, které mohou způsobit svaření a vést k poškození lopatek, a na třísky snižující ostrost řezných hran.
Tento problém je řešen pomocí čelních fréz se speciálními geometriemi, řeznými hranami a povlaky. Pro obrábění tepelně odolných slitin vyžadující velmi tuhé nástroje s perfektní řeznou hranou vyvinula Nachi řadu fréz GSX. Tyto karbidové koncové frézy mají robustní řezné hrany kombinované s GSX povlaky, které nabízejí vysokou tepelnou odolnost a odolnost proti opotřebení. Pro obrábění titanových slitin nabízejí karbidové nástroje také vysokou odolnost vůči třískám. Použitím povlaku s vysokým obsahem karbidu, submikronových karbidových zrn a speciálních řezných hran odolných vůči teplu (s dobrou lubrikací), mohou tyto koncové frézy náročné obrábění slitin titanu úspěšně zvládnout.
Příkladem takovéhoto nástroje je vysoce legovaná HSS koncová AG fréza s odolností proti opotřebení a proti odlamování umožňující efektivní frézování i hrubování.

V hlavní roli hliník
Třetí skupinou jsou nástroje pro obrábění hliníku, často využívaného v letectví pro svou nízkou hmotnost. Hliník a jeho slitiny se používají jako konstrukční materiály, např. pro rámy, žebra a nosníky, vyžadují však vysoce výkonné řezání (protože běžně je přes 80 % materiálu vyhozeno jako třísky) a vysoce kvalitní povrchovou úpravu (jde většinou o tenkostěnné obrobky). Pro tyto díly nabízí Nachi řadu speciálních karbidových DLC vrtáků, koncových fréz AHL a závitořezy DLC pro slitiny hliníku umožňující vyrábět silnější a čistší závity. Povlak DLC využívají také u výměnných břitů nástroje řady NWEX. Povlak má nízký třecí koeficient snižující přilnavost k hliníku, který je charakteristický extrémní hladkostí povrchu. Tvary řezných hran a žlábků zachovávají řezné hrany čisté a zvyšují odlučování třísek, aby umožnily obrábění s tak vysokým výkonem, jak je to jen možné.
Vrták DLCSLTS s dlouhou stopkou se třemi řeznými hranami vyvažuje odběr třísek a tvar řezné hrany pro výkonné vrtání a umožňuje kontinuálně přecházet mezi vrtáním a tvarováním hlubokých kapes. Vrtáky DLCDR pro suché i mokré vysokorychlostní vrtání mají unikátní design s výrazně rozšířenými žlábky umožňujícími nepřerušované vrtání až do hloubky 5D.
Fréza ALH nabízí vysokou účinnost při úběru díky trojici žlábků a válcovité ploše. Je schopna udržet dokonalý povrch a zároveň zkrátit dobu cyklu.

Nová výzva: kompozity
Nejnovějším trendem, který se stále více prosazuje v segmentu aerospace, jsou kompozity (CFRP) nabízející atraktivní poměr síly a hmotnosti. Jsou velmi lehké, ale zároveň i velmi pevné a odolné, což je činí populárními právě mezi leteckými výrobci, kde je úspora hmotnosti klíčovým faktorem. I ty však patří kvůli své speciální struktuře komponované z materiálů a prvků různých vlastností a charakteristik k vysoce náročným na obrábění. Použití běžných nástrojů pro jejich obrábění je vždy spojeno kromě nepřesných okrajů a povrchů s rizikem (resp. průvodním jevem) tzv. delaminace – narušení struktury sítí mikrotrhlinek, které se následně rozšiřují a zvětšují, což vede k rychlé degradaci kompozitních dílů. Navíc jsou CFRP materiály velmi abrazivní, což má negativní dopad na životnost nástrojů.
Pro obrábění kompozitů se proto používají karbidové nástroje s diamantovým povlakováním a speciální geometrií, aby se zabránilo delaminaci vrstev a štěpení. Pro práci s CFRP materiály vyvinula Nachi vlastní řešení v podobě karbidových vrtáků, koncových fréz a vrtáků s diamantovým povlakem. Tyto nástroje nabízejí dlouhou životnost a umožňuji i zvýšení rychlosti, což snižuje prostoje a zvyšuje produktivitu. Jsou vyrobeny z karbidu třídy K10 s o 6 % nižším obsahem kobaltu pro optimální přilnavost patentovaného diamantového povlaku Nachi Crystal Diamond. Geometrie s ostrým řezem s dvojitým optimalizovaným úhlem řeže uhlíkové vlákno s nízkým odporem, což vede k minimální delaminaci. Diamantový povlak o tloušťce 10 µm i méně umožňuje dosahovat vynikající povrchovou úpravu.

Publikováno: 25. 8. 2019 | Počet zobrazení: 1368 276