Corte de Titânio e Metais HRSA:Usinabilidade, Refrigerantes e Além

Metais como superligas resistentes ao calor e titânio podem ser realmente difíceis, mas com a abordagem e orientação corretas na usinagem, fixação de ferramentas e seleção de pastilhas, os operadores de máquinas podem superar as áreas problemáticas.

De juntas implantáveis ​​no corpo humano a grandes peças para instalações marítimas na indústria de petróleo e turbinas de motores aeroespaciais, superligas resistentes ao calor e outras ligas estão sendo usadas regularmente nos principais segmentos de fabricação. Mas eles podem ser difíceis de usinar.

Se o objetivo é fazer peças com a mais alta qualidade no menor tempo possível, é essencial entender o tipo de ferramental a ser usado. Ninguém quer queimar ferramentas ou causar atrasos na produção por causa de metais superdensos e duros que aceleram a máquina, mas cortam de forma super lenta ou imprecisa. Ter uma compreensão das capacidades de uma máquina também é essencial, assim como conhecer as ferramentas que funcionarão melhor para os materiais resistentes.

“A principal aplicação para HRSAs são componentes de turbina de zona quente para aeronaves e geração de energia – peças como lâminas, blisks, suportes, válvulas e manifolds, a maioria dos quais são complexos e com contornos”, escreve Ed Sinkora para Advanced Manufacturing no artigo “ Técnicas quentes para cortar ligas de alta temperatura.”

“Isso significa usar fresamento de 5 eixos para obter as formas e tolerâncias necessárias em uma fixação. E para peças menores, são necessárias ferramentas redondas de metal duro, exigindo porta-ferramentas particularmente rígidos”, explica Sinkora.

Muitas indústrias estão sob pressão de fabricação. O tempo que leva para obter peças de qualidade realmente importa, especialmente em mercados muito competitivos.

“O foco principal está na confiabilidade do processo, pois esses componentes estruturais são extremamente caros”, observa Walter Tools em um artigo sobre o fresamento de cavidades de titânio na indústria aeroespacial. “Ao mesmo tempo, a pressão de custos do mercado exige alto desempenho de usinagem e produtividade.”

Para chegar a esse nível confortável de “confiabilidade do processo”, há muito know-how com o uso das máquinas certas, fixação, ferramentas, percursos e refrigeração – todos juntos – encontre profissionais de usinagem e ferramentas. Exploramos as principais ferramentas e orientação de usinagem para titânio, HRSAs e ligas.

Conheça a classificação de usinabilidade do metal

Ao cortar titânio, aço inoxidável ou HRSAs, é provável que muitas das peças que estão sendo feitas tenham níquel ou cromo – e às vezes cobalto – nelas. As ligas de níquel comuns incluem Inconel, Waspaloy, Hastelloy, aços inoxidáveis, incluindo 304, 316 e 17-4, e outros.

“[O níquel é] duro, resistente à corrosão e exibe excelentes propriedades de resistência e impacto”, observa Kip Hanson, consultor de fabricação, no artigo “5 pontas de corte de metal para ligas de alta temperatura à base de níquel”.

“Dada uma ferramenta afiada e os parâmetros de corte corretos, o níquel puro não é muito difícil de tornear ou fresar, embora as ligas de níquel, como Ni-Span-C 902 e Monel K-500, tenham classificações de usinabilidade de 15% ou menos”, explica Hanson. .

E a usinabilidade é o ponto principal. Felizmente, muitas das máquinas e ferramentas de corte atuais podem lidar com a maioria dos materiais, mas o desafio é conhecer as ferramentas e técnicas certas para criar um processo de usinagem repetível e oportuno. Para esse fim, ajuda a entender como um material é classificado, portanto, o uso de uma tabela de classificação de usinabilidade pode ajudar.

Mas nada pode substituir a experiência e o conhecimento do mundo real:converse sobre problemas de usinabilidade com as pessoas que estão fazendo isso hoje. Participe do fórum de metalurgia [registro necessário].

Em muitos casos, também ajuda usar os guias técnicos fornecidos por fornecedores de ferramentas, como este da Sandvik Coromant:

“Guia de Aplicação:Superligas Resistentes ao Calor”

Neste guia, a Sandvik Coromant tem a dizer sobre HRSAs:“As propriedades físicas e o comportamento de usinagem de cada [grupo de ligas] variam consideravelmente, devido à natureza química da liga e ao processamento metalúrgico preciso que ela recebe durante a fabricação. Se o metal é recozido ou envelhecido é particularmente influente nas propriedades de usinagem subsequentes.”

Aqui está um exemplo de vídeo de corte do difícil Monel K-500 com uma ferramenta atualizada projetada para ele.

Aqui está um exemplo diferente de corte do Inconel 718.



Quer saber mais sobre a maquiagem dos materiais que você usa? Leia “ Um guia de seleção de ferramentas de corte:metais ferrosos vs. não ferrosos .”

Cuidado com o calor, use refrigerantes para usinagem de metais

O calor gerado em uma máquina CNC na superfície do material nas velocidades e avanços necessários para fazer cortes precisos e confiáveis ​​com os cavacos adequados é difícil de subestimar. Pode ser um verdadeiro desafio para pastilhas e ferramentas.

“A baixa condutividade térmica e a alta dureza geram altas temperaturas durante a usinagem”, observa a Sandvik Coromant no artigo “Selecionando a pastilha de torneamento correta para materiais HRSA”. “As propriedades de alta resistência, endurecimento por trabalho e endurecimento por adesão criam um desgaste de entalhe na profundidade máxima de corte e um ambiente extremamente abrasivo para a aresta de corte.”

Como um maquinista deve se proteger contra isso? Para muitas aplicações, use pastilhas de corte à base de metal duro que mantêm a aresta resistente e aderem ao substrato e ajudam a evitar deformações.

“Em geral, use pastilhas com um grande ângulo de posição (pastilhas redondas) e selecione uma geometria de pastilha positiva. No torneamento e fresamento, classes de cerâmica podem ser usadas, dependendo da aplicação”, explica Sandvik Coromant.

E não se esqueça do papel dos revestimentos e do refrigerante, aconselha Scott Etling, diretor de gerenciamento de produtos da Kennametal, no artigo “O calor está nos metais difíceis de usinar”.

“Você precisa ter o revestimento PVD correto, um substrato resistente, a geometria correta, a preparação da borda correta e geometrias de alto cisalhamento”, diz Etling. “O calor não entra no chip como no aço. O calor tem que ir para algum lugar, então para a maioria das aplicações de titânio você tem que usar uma enorme quantidade de refrigerante.”

Para saber mais sobre refrigerante e HRSAs, leia o guia de aplicação da Sandvik Coromant. O fabricante de ferramentas sugere o seguinte:

“O refrigerante deve ser aplicado em todas as operações, exceto fresamento com cerâmica. O volume deve ser alto e bem direcionado. O HPC de refrigeração de alta pressão (até 1160 psi) apresenta resultados positivos em termos de vida útil e consistência da ferramenta.”

Mantenha a peça de trabalho rígida

“A usinagem de HRSAs requer uma máquina muito estável, fixação rígida e uma interface muito rígida entre o fuso e o porta-ferramentas”, observa Sinkora.

Há muito mais para saber do que simplesmente o material e a ferramenta de corte. Existem também os elementos necessários que ajudam a manter uma peça de trabalho no lugar e com uma resistência equilibrada que pode suportar as rotações e o rendimento muito altos que as máquinas de hoje e as ferramentas de corte inovadoras podem suportar.

“A usinagem de titânio e outras superligas resistentes ao calor geram altas forças de corte não apenas na direção radial, mas também na direção axial, o que pode resultar em arrancamento da ferramenta”, diz Hanson no artigo “Lições em usinagem de alto desempenho:Não se esqueça dos porta-ferramentas.” “É ainda mais importante usar o tipo certo de porta-ferramentas para evitar falhas de ferramentas e refugo de peças. Pode não ser muito – talvez apenas alguns milésimos de polegada de cada vez, mas as chances são boas de que seja suficiente para descartar algumas peças muito caras.”

Se estiver usando suportes de trava lateral, talvez seja hora de trazer algo novo e aprimorado. Muitos fornecedores licenciam a tecnologia Safe-Lock patenteada da Haimer. Mas não se trata apenas de aumentar a vida útil da ferramenta ao reduzir o pull out. Trata-se também de reduzir vibrações e harmônicos - e não danificar o fuso de uma máquina - portanto, mandris hidráulicos na fabricação de peças HRSA merecem avaliação, assim como garantir que o CNC tenha HSK, Capto, KM4X ou outra tecnologia.

“Quando você está operando máquinas-ferramentas tão rápido, geralmente acima de 12.000 rpms, é recomendável sempre equilibrar o sistema completo (ou seja, porta-ferramentas com a ferramenta de corte)”, diz Ronald West, gerente global sênior de produtos da Kennametal no porta-ferramentas artigo. “Isso apenas aumenta a vida útil da ferramenta e diminui o desgaste do fuso… É um pouco mais difícil com um mandril de pinça ou adaptador de fresa de topo manter o equilíbrio devido ao seu design e hardware necessário, mas normalmente os mandris hidráulicos e os adaptadores de ajuste por contração são muito mais fáceis de equilibrar para aplicações de alta velocidade.”

Para HRSAs ásperos, tente ferramentas de cerâmica; Mantenha os Percursos Longos

“Os materiais de corte cerâmicos oferecem excelente produtividade em operações de desbaste em FSM e ISM. Sua aplicação difere muito em comparação com o metal duro …” observa a Sandvik Coromant em seu guia de aplicação para trabalhar com HRSA. A razão para isso é que a cerâmica permite altas velocidades de corte que ajudam a produzir um “cavaco altamente plastificado e cortado”.

A chave para desbaste HRSAs está nas velocidades e avanços para que você possa chegar à temperatura certa, de acordo com especialistas. São recomendadas velocidades superiores a 3.000 pés de superfície por minuto.

“[O] primeiro passo é definir a velocidade certa para aumentar a temperatura na zona de corte para criar um certo grau de plastificação do material, facilitando a usinagem”, diz Jan Andersson, gerente global da Greenleaf Corp. “Caso contrário , você luta com uma vida útil imprevisível da ferramenta. Depois de determinar a velocidade apropriada, você usa a taxa de alimentação para gerenciar a evacuação térmica. Quanto maior a taxa de alimentação, mais massa no cavaco. Quanto mais massa no cavaco, mais calor você transporta para longe da zona de corte. Isso controla o componente de desgaste químico.”

Outro ponto-chave:os caminhos da ferramenta precisam permanecer o maior tempo possível no corte para manter suas ferramentas vivas e úteis o maior tempo possível. Significa empregar a programação adequada em seu CAM para forçar o raio em cada percurso.

“A principal técnica de programação que procuramos no Inconel e em outras superligas é manter a ferramenta no corte o maior tempo possível”, diz Dale Mickelson, gerente de produto da Methods Machine Tools em um artigo de Manufatura Avançada. “Porque cada vez que você entra e sai do corte você perde a vida útil da ferramenta. Assim, criamos rotinas de bolsões que se movem para baixo na peça helicoidal. Se você tem um plano, você corta esse plano helicoidal e depois termina a superfície plana. ”

Aqui está um exemplo de vídeo de fresagem de cerâmica cortando uma lâmina de turbina.



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