Glodanje titana s pomoću ISCAR-a

24.10.2017

Izniman omjer čvrstoće i mase te svojstva visoke otpornosti na koroziju titana, rezultirati su u trajnom rastu tog značajnog inženjerskog materijala u mnogim zahtjevnim sektorima, tako i u zrakoplovnoj industriji.

Proizvodnja kritičnih konstrukcijskih dijelova od titana osigurava njihove zahtijevane performanse i pouzdanost, uz značajno smanjenje mase dijelova. Iako je činjenica, da titan ima dobar odnos čvrstoće prema njenoj masi, što je bitno za sve njegove korisnike, ona je posebice važna u zrakoplovnoj industriji, jer se zbog tih svojstava poboljšavaju performanse zrakoplova i povećava ušteda goriva.

Negativne posljedice uzrokovane primjenom titana, mnoštvo je poteškoća koje se javljaju prilikom obrade odvajanjem čestica tog teško obradivog materijala. Kada se u metaloprerađivačkim industrijama koristi riječ "titan", ona se obično ne odnosi samo na čisti titan, već i na titanove legure. Sukladno metalurškim svojstvima, koja ovise o prisutnim elementima, postoji nekoliko grupa titana: komercijalni čisti titan (nelegiran), α-, β-, α-β- i ostale legure. Nekad se smatralo da je obradivost titana slična onoj austenitnih nehrđajućih čelika. Ta pretpostavka je više ili manje istinita ako se odnosi na komercijalni čisti titan, no u potpunosti je pogrešna u usporedbi s tretiranim α-β- i posebice β-titanskim legurama.

Ocjena obradivosti snažno ovisi o tipu titana i njegovom tretmanu. Obradivost široko primjenjivog prokaljenog titana TiAl6V4 je približno 35-40 % manja od prokaljenog nehrđajućeg 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 glede obrade u mnogim pogonima, ima karakteristike obradivosti koje su dvostruko lošije.

Proizvođači alatnih strojeva nastavljaju s uvođenjem inovacija i razvoja kako bi učinili obradu titana učinkovitijom. Suvremeni alatni strojevi omogućuju operatorima primjenu unaprijeđenih strategija obrade i trendovskih metoda obrade. Međutim, tipične male brzine rezanja koje se primjenjuju pri obradi titana dramatično ograničavaju potencijal učinkovitosti alatnih strojeva i rezultiraju time da rezni alat postaje najslabija karika čitavog tehničkog proizvodnog sustava. Ukratko, rezni alat određuje granice proizvodnosti pri obradi titana, i kao takav postaje glavni faktor u nastojanju za radikalnim poboljšanjem takve situacije.

Zbog male toplinske vodljivosti titana, glavni problem prilikom obrade tog materijala je generiranje topline. Loše provođenje topline dovodi do toga da se značajno toplinsko opterećenje izravno prenosi na reznu oštricu alata. Također, ono što pri obradi čelika stvara manje probleme, modul elastičnosti titana uvelike doprinosi stvaranju vibracija tijekom obrade odvajanjem čestica, a kao rezultat, javljaju se problemi vezani uz kvalitetu i točnost obrađene površine.

Proizvođači reznih alata nastavljaju s ulaganjem velikih napora pri razvoju alata za učinkovitu obradu titana. Obrada titanskih dijelova je proces sa značajnim tzv. buy-to-fly omjerom, gdje je masa materijala kojeg je potrebno ukloniti bitno veća od mase gotovog proizvoda. Konačna masa završenih titanskih dijelova može iznositi svega 10 % ili manje od početne mase obratka. Često ti dijelovi imaju gnijezda, džepove i rebra, koji diktiraju glodanje kao glavnu operaciju obrade. Za posljedicu, svaki novi alat koji je namijenjen glodanju titana stvara intenzivni interes u globalnoj tehničkoj zajednici. Stoga najnoviji proizvodi iz ISCAR-a, inovatora prepoznatog na ovom tržištu, uvijek privlače pozornost proizvođača koji su uključeni u obradu titana.

Materijal iz kojeg je alat napravljen je od fundamentalnog značenja za uspjeh reznih alata, specijalno za primjenu pri obradi glodanjem s izmjenjivim pločicama teško obradivih materijala u zrakoplovstvu, kao što je titan. Unutar tog područja, ISCAR je razvio novi tip tvrdometalnih alata u kvaliteti IC840. Riječ "novi" odnosni se na sve elemente tog tipa alata: karakteristično za IC840 je novi supstrat i inovativna tvrda PVD prevlaka. Supstrat je visoko otporan na toplinske napukline; brončana, "čokoladna" prevlaka pokazuje visoku otpornost na oksidaciju i naljepljivanje odvojene čestice; dok postupak nakon prevlačenja poboljšava žilavost. Prednost tih kombinacija u IC840 osigurava korisnicima velike mogućnosti u glodanju titana. ISCAR vjeruje kako će nova "čokolada" definitivno zadovoljiti zahtjeve prerađivače titanskih komponenata i povećati performanse glodala s izmjenjivim pločicama.

Kao što je prethodno spomenuto, glodanje titana obično uključuje odvajanje značajne količine materijala. Istinski "radni konji" u ovom području su alati s izmjenjivim pločicama s produljenim žljebovima, koji su namijenjeni za grubo glodanje dubokih džepova, šupljina i širokih utora. Za takve operacije, ISCAR je razvio HELITANG T490, glodala s tangencijalno stegnutim pločicama, kao i MILLSHRED P290 glodala s pilastim pločicama koji osiguravaju učinkovitu obradu odvajanjem čestica (s efektom lomljenja čestica). Dodatno, tvrtka nudi HELITANG FIN, obitelj tangencijalnih glodala s produljenom oštricom tzv. kukuruzara koja je razvijena posebno za srednje-finu obradu.

ISCAR je nedavno plasirao novu grupu glodala-kukuruzara koja su povezana s ranije dokazanom i popularnom HELIQUAD obitelji. To su glodala s jednostranim kvadratnim pločicama, koje se radijalno stežu u glodalo. Zašto je tvrtka, poznata po svojoj posvećenosti inovativnim alatima, opremila nova glodala "tradicionalnim" kvadratnim pločicama? Vrlo jednostavno, novi kukuruzari imaju strukturu posebne konstrukcije, koja rezultira značajnim unaprjeđenjem dinamičke krutosti i anti-vibracijske čvrstoće. Uz to, radijalno stezanje pločice omogućuje korištenje lomača odvojenih čestica velikog volumena, koji je odgovor na slobodni tok odvojenih čestica (strugotine) primjenom visokoučinkovitog glodanja (eng. metal removal rates – MRR). Također, alati s popularnim promjerima imaju provrte za unutarnje hlađenje, koji su posebno razvijeni za obradu s pomoću dovoda sredstva za hlađenje pod visokim pritiskom (eng. high-pressure coolant - HPC). Čak i te "jednostavne" kvadratne pločice karakterizira napredna rezna geometrija koja osigurava učinkovito glodanje titana.

HELITANG T490 i MILLSHRED P290 namijenjeni su za produktivnu grubu obradu, a HELITANG FIN za kvalitetnu srednje finu obradu titanskih obradaka, novi HELIQUAD (u stvari HELIQUAD) kukuruzari sa stajališta aplikacije omogućuju visokoučinkovito glodanje s površinom obrade koja je blizu srednje fine obrade.

ISCAR je nedavno lansirao Ti-TURBO obitelj tvrdometalnih glodala promjera u rasponu od 6 do 20 mm. Nova obitelj je razvijena za operacije završne obrade kao i za visoko-brzinsku obradu (eng. high-speed machining - HSM) uglavnom utora, primjenom trohoidalne tehnike glodanja. Trohoidalno glodanje karakterizira mala širina i velika dubina glodanja, kombinirano s putanjom alata koja je oblika trohoidne krivulje. U takvim uvjetima, alat "reže slojeve" metala pri visokoj brzini. Ulazni kut je mali, a generirane odvojene čestice (strugotina) su vrlo tanke. To rezultira dramatičnim smanjenjem toplinskog opterećenja na alatu. Ti-TURBO glodala, jedinstvenog patentiranog oblika, imaju 7 ili 9 varijabilnih oštrica s varijabilnim kutom zavojnice (slično kao i Iscar CHATTERFREE tvrdometalna glodala), što osigurava snažan otpor vibracijama. To je razlog zašto se nova obitelj smatra istinskim turbo pokretačem u području glodanja titana.

ISCAR-ova MULTI-MASTER raznolika linija alata s izmjenjivim tvrdometalnim glavicama, nedavno je unaprijeđena uvođenjem novih visokoučinskih glodaćih glavica za glodanje velikim posmičnim brzinama, šest oštrica i središnjim provrtima za unutarnje hlađenje kroz alat. Supstrat glavice s ultra-finim zrncima tvrdog metala, zaštićen unaprijeđenom AL-TEC tehnologijom prevlačenja, osigurava izvrsnu otpornost na trošenje i žilavost. Glavice se koriste za visokoučinsko glodanje s velikim posmičnim brzinama (eng. high feed milling - HFM), rezultirajući značajnim skraćivanjem strojnog vremena obrade.

Proizvođači titanskih dijelova konstantno postavljaju nove zahtjeve na proizvođače reznih alata. Kako bi udovoljili tim izazovima, proizvođači reznih alata prisiljeni su svakodnevno razmišljati o novim načinima obrade. ISCAR-ov tim za razvoj i istraživanje nastavlja surađivati s mnogim svjetskim vodećim proizvođačima titanskih dijelova, kako bi osigurali tvrtkama vodeće pozicije unutar ovog izazovnog sektora industrije.