Finitura cinque volte più veloce

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Ci sono tre tendenze nell'industria aeronautica che giocano un ruolo cruciale nella lavorazione dei componenti: Aumentare gli standard di qualità, migliorare l'affidabilità del processo e ridurre i costi di produzione. I nuovi inserti di tornitura CBN degli specialisti della lavorazione, Walter soddisfa questi requisiti.

I materiali utilizzati nella costruzione degli aerei, come le leghe resistenti al calore e alle alte temperature, impongono requisiti rigorosi ai processi di lavorazione. L'aumento della velocità di taglio per migliorare la produttività e ridurre i costi di produzione non funziona con i materiali per utensili da taglio in metallo duro. Ciò causerebbe solo un'usura più rapida degli inserti di tornitura, con le relative conseguenze sulla qualità superficiale del componente. Il nuovo materiale per utensili da taglio WBS10 CBN di Walter, d'altra parte, permette di ottenere una velocità di lavorazione cinque volte maggiore durante la finitura rispetto agli inserti in metallo duro indicizzabili. Gli inserti indicizzabili in CBN forniscono anche la stessa, costantemente eccellente finitura superficiale fino alla fine della loro vita utile.

Nel campo della costruzione di aerei, le leghe resistenti al calore ad alta temperatura sono utilizzate principalmente nella produzione di motori. Esse devono soddisfare requisiti particolarmente severi in termini di qualità della superficie e di affidabilità del processo, che vengono garantiti attraverso una complessa procedura di certificazione. Ci sono tre fattori chiave quando si rifiniscono i componenti prodotti da leghe per alte temperature: Qualità della superficie, durata e velocità di lavorazione. La durata degli utensili, in particolare, gioca un ruolo importante per i componenti di grandi dimensioni. Solo una lunga vita utile dell'utensile di tornitura garantisce che una superficie possa essere rifinita senza dover cambiare l'inserto indicizzabile. Se l'inserto indexabile deve essere sostituito durante un'operazione di finitura a causa di segni di usura, ciò produce una leggera cresta che compromette la qualità della superficie.

I severi requisiti del materiale dell'utensile da taglio devono essere soddisfatti quando si esegue la tornitura di finitura su componenti prodotti da leghe ad alta temperatura, in quanto sia l'utensile che il materiale sono sottoposti a notevoli sollecitazioni termiche. La geometria di taglio ed anche il materiale dell'utensile da taglio utilizzato nell'inserto di tornitura hanno un'influenza massiccia su quanto efficacemente si possa gestire lo stress termico e meccanico sul componente. Se l'utensile si usura rapidamente, ciò ha effetti diretti sulla qualità della superficie. Allora i valori di rugosità richiesti non vengono raggiunti, il che significa che è necessaria una costosa rilavorazione. Anche il rischio che si formi uno strato bianco sul materiale è più elevato. La combinazione di un rapido aumento della pressione e di un rapido aumento del calore provoca una transizione di fase nel materiale. Appare uno strato fragile e screpolato, detto strato bianco. La resistenza a fatica, la resistenza all'usura e quindi anche l'affidabilità operativa del componente sono ridotte.

Walter ha sviluppato nuovi inserti di tornitura in CBN in un processo intenso e complesso. L'aumento di cinque volte della velocità di lavorazione che offrono è dovuto principalmente al materiale da taglio modificato che utilizzano. Allo stesso tempo, la loro geometria di taglio e i gradi di materiale da taglio utilizzati riducono sia l'usura che la formazione di uno strato bianco nelle superfici prodotte da leghe ad alta temperatura. Il nitruro di boro cubico policristallino è abbreviato in PCBN. Sebbene questa sia l'abbreviazione tecnicamente corretta, l'abbreviazione leggermente più corta CBN si è affermata nell'uso comune. Chiunque abbia esperienza con la ghisa e la lavorazione dura avrà familiarità con questo materiale composito sintetico prodotto a partire da nitruro di boro cubico e da una fase legante. I materiali per utensili da taglio adattati in CBN con un legante ceramico possono essere utilizzati anche per la finitura di componenti prodotti da leghe ad alta temperatura. Il materiale composito CBN è stato ottimizzato per gestire i requisiti speciali delle leghe per alte temperature per il nuovo materiale per utensili da taglio WBS10 di Walter. Il grado più fine facilita un tagliente liscio, che a sua volta ha un'influenza positiva sulla qualità della superficie fin dal primo taglio. Dopo il diamante e il nitruro di boro cubico, questi sono i gradi di materiale da taglio più duri al mondo, quindi gli inserti sono altamente resistenti all'usura abrasiva. Oltre a ciò, sono chimicamente inerti e termostabili, il che significa che l'usura dovuta alla diffusione e all'ossidazione è minima.

I materiali modificati degli utensili da taglio in CBN da soli non sono sufficienti a fare la differenza. Un fattore importante è la protezione del tagliente contro gli effetti meccanici eccessivi. Un tagliente affilato non protetto si romperà immediatamente. Gli inserti di tornitura hanno quindi tipicamente uno smusso di protezione con un angolo da 10° a 20°. Questo porta ad un problema nella lavorazione di leghe ad alta temperatura. Lo smusso di protezione genera una pressione particolarmente elevata con un corrispondente accumulo di calore. Entrambi questi fattori possono portare al tipo di trasformazione strutturale del materiale descritto sopra. Anche il rischio che si verifichi uno strato bianco aumenta notevolmente. Per proteggere il tagliente, Walter utilizza invece l'arrotondamento del tagliente per i nuovi inserti di tornitura in CBN. Questo rende il tagliente più affilato, garantendo al tempo stesso la necessaria stabilità.

Gli esperti di lavorazione della Walter sono molto soddisfatti dei risultati ottenuti utilizzando la nuova geometria di taglio nelle prove sul campo e presso alcuni clienti di test iniziali. Ad una velocità di taglio (vc) di 250 m/min, la vita utile di un inserto di tornitura in CBN Walter è di 13 minuti. Ciò consente di rimuovere circa 3,2 km di trucioli. Inoltre, l'inserto si usura in modo così uniforme che non si possono rilevare cambiamenti nella qualità della superficie per tutta la sua vita utile. Il valore medio di rugosità superficiale (Ra) è compreso tra 0,2 e 0,4 µm. Il componente finito con il nuovo inserto indicizzabile CBN appare quasi lucidato ad occhio nudo.

Il raffreddamento di precisione dei portautensili da tornitura Walter contribuisce in modo determinante alla vita utile dell'inserto indicizzabile. È possibile raffreddare a pressioni fino a 150 bar, anche se 20 bar sono spesso sufficienti. È importante garantire la temperatura ottimale di lavorazione. Ciò dipende principalmente dalla velocità di taglio, dalla pressione di raffreddamento e dal materiale da lavorare.

In confronto diretto alla lavorazione con un inserto indicizzabile in metallo duro, il nuovo inserto Walter CBN facilita processi di finitura significativamente più efficienti - ma i parametri di processo devono essere corretti. I guadagni di efficienza possono essere sfruttati appieno solo in combinazione con le moderne macchine, che sono sia stabili e precise, sia con tagli continui.