Аэрокосмическая промышленность:быстрая и безопасная обработка титана

Walter совершенствует обработку титана с помощью специальных инструментов

Ассортимент продукции Walter Xpress для авиационно-космической промышленности, производимый специалистом из Тюбингена, создан с учетом строгих требований аэрокосмической отрасли. В частности, их твердосплавные инструменты с размерами, заданными заказчиком, доступны для поставки в течение двух, максимум трех недель. Инновационное новое покрытие инструмента и технология инструмента гарантируют, что срок службы инструмента в некоторых случаях увеличивается более чем вдвое.

В аэрокосмической отрасли все делается немного иначе, чем в других секторах. Вес играет ключевую роль, и каждый грамм имеет значение. В конечном счете, именно вес продукта определяет его рентабельность, а не цены на детали и компоненты. Неудивительно, что титан пользуется значительным ростом и популярностью в этом секторе. Особенно это касается конструктивных элементов, для которых также важна высокая прочность. Типичными примерами являются двери и дверная рама, опоры шасси, стойки шасси или направляющие закрылков. Титан также устойчив к коррозии и температуре.

Тем не менее, производители самолетов для гражданской авиации, в частности, оказываются все более подверженными давлению со стороны серийных производителей, как это известно, например, из автомобильной промышленности. До сих пор Boeing, Airbus и, в меньшей степени, Bombardier в основном делили рынок между собой. Тем временем на рынок готовятся новые конкуренты из Китая и России. Таким образом, возрастает потребность в том, чтобы производство стало как можно более рентабельным. Компания Walter вносит важный вклад в этом отношении, выпуская серию Xpress Aerospace.

Дальнейшая разработка инструментальных систем

Проблема:титан труднее обрабатывать, чем алюминий, который в основном использовался до сих пор. Его высокая химическая активность приводит к сплавлению стружки на режущей кромке во время обработки. Плохая теплопроводность материала позволяет значительно повысить температуру на режущей кромке. Полученная стружка часто бывает чрезвычайно жесткой и абразивной. Минимальный модуль упругости легко приводит к изгибу заготовки. Вместе с затвердеванием материала в кромочной зоне это снижает срок службы режущей кромки даже при низких скоростях резания.

Стоимость инструмента также в значительной степени зависит от требований, предъявляемых к компоненту и материалу, а также от процесса. Уменьшение толщины стенки может привести к тому, что детали станут чрезвычайно нестабильными, поэтому важным аспектом является стабильность станка и зажима. Использование правильной стратегии СОЖ также оказывает значительное влияние на срок службы инструмента. Компания Walter постоянно совершенствует свои инструментальные системы с целью сокращения времени обработки. Важную роль здесь играют твердосплавные подложки, новые технологии покрытий и макро- и микрогеометрия режущих инструментов. Однако стратегия обработки может быть дополнительно оптимизирована в сотрудничестве со специалистами CAD/CAM.

Все это делает возможным сегодня высокопроизводительную резку (HPC) и высокодинамическую резку (HDC) для чистовой и черновой обработки титана. Динамическое фрезерование с помощью Walter Prototype Ti38 Z6-10 и нового инновационного покрытия позволяет достигать скорости резания до 140 м/мин. Решения с несколькими зубьями, включающие до десяти зубьев, позволяют увеличить подачу до 50 процентов при малой ширине контакта. Эти твердосплавные инструментальные решения могут в конечном итоге обеспечить увеличение скорости съема металла до 50 процентов по сравнению с обычными решениями.

Покрытие определяет срок службы инструмента

Примером недавно разработанных технологий подложек и покрытий является покрытие на основе PVD (физическое осаждение из паровой фазы) для твердосплавных инструментов в линейке Walter Prototype Ti. Это покрытие существенно увеличивает стойкость инструмента по сравнению с обычным покрытием ANC (нитрид алюминия-хрома) – до 100 процентов и более. Это означает, что срок службы оконной рамы из титана 3.7164 с пределом прочности на растяжение 1250 Н/мм² при получистовой и чистовой обработке с использованием прототипа HPC Ti40 удалось увеличить на 154 % со 175 до 444 минут. Использование Prototype HDC Ti38 L для чистовой обработки внешнего контура увеличило стойкость инструмента на 116 %. Скорость увеличена на 25 %, а объем обработки – на 23 %.

Еще одной инновацией является технология покрытия CVD для режущего инструмента со сменными пластинами из материала WSM45X, который используется, например, для фрез Walter BLAXX M3255 porcupine. Покрытие действует как теплозащитный экран, способствуя высокой скорости резания до 65 м/мин и продлевая срок службы режущей кромки инструмента до 130 минут. Это позволяет удвоить срок службы титановых конструкционных компонентов, которые обычно изготавливаются с использованием комбинации полного долбления и попутного фрезерования при скорости резания 45 м/мин и подаче 0,12 мм. Еще одним вариантом является увеличение скорости резания до 65 м/мин при постоянной стойкости инструмента около 60 минут. Финишное фрезерование также можно выполнять с помощью режущих кромок из поликристаллического алмаза (PCD), которые относятся к самым твердым из известных материалов.

Однако в этом случае должна быть реализована соответствующая стратегия подачи СОЖ, чтобы поддерживать температуру обработки на режущей кромке ниже 600 °C. Как правило, смазочно-охлаждающая жидкость и концентрация охлаждающей жидкости оказывают значительное влияние, особенно на срок службы инструмента. Наиболее важно ввести охлаждающую среду как можно непосредственно в рабочую зону. Этому способствуют специальные отверстия для охлаждающей жидкости в инструментах. Охлаждение под высоким давлением до 70 бар является современным стандартом для новых станков. Специальные инструментальные решения для криогенной обработки идут еще дальше, работая с жидким углекислым газом или азотом, которые еще холоднее.

От поставщика инструментов до технологического партнера

Walter считает себя партнером по цифровым процессам и поэтому разрабатывает инструменты, которые все более тесно связаны с приложениями в смысле «компонентных решений». Для этого нужна целая команда специалистов. Соответствующие навыки работы с CAD/CAM являются ключевой предпосылкой для полной оценки процессов. Walter удовлетворяет потребности своих клиентов и предлагает инструменты, решения и услуги на протяжении всего процесса.

Что касается этой разработки, Уолтер некоторое время назад разработал проект «Компонентные решения» в сотрудничестве с Центром перспективных производственных исследований Университета Шеффилда. В ходе проекта были разработаны специальные стратегии обработки для всех форм карманов, встречающихся в конструкционных компонентах, с использованием программ CAM, обычно используемых в авиационной и аэрокосмической промышленности. Этот «набор инструментов» позволяет быстро и эффективно разработать подходящий процесс обработки на основе 3D-модели компонента заказчика.

Высочайшее качество в кратчайшие сроки

«Хорошие вещи приходят к тем, кто ждет» сегодня уже не звучит правдоподобно. Даже высокопроизводительные инструменты со специальными размерами, заданными заказчиком, требуют огромных временных ограничений. Поэтому с начала года компания Walter предлагает давно зарекомендовавшую себя услугу Walter Xpress специально для аэрокосмической отрасли. Инструментальные решения Xpress доступны для доставки в течение двух-трех недель. Скорость начинается с самого процесса заказа. Программное решение my.Walter позволяет заказчику разработать инструмент самостоятельно в режиме онлайн или вместе с обученным сотрудником по обслуживанию на местах. С помощью «Walter Online Xpress» заказчик получает по электронной почте обязывающее предложение, включая 2D-чертеж и 3D-модель, в течение максимум одного часа. Сам заказ, который часто является узким местом внутри компании, также значительно ускоряется с помощью управления инструментами Walter.