W artykule wskazano współczesne problemy obróbki skrawaniem materiałów stosowanych w przemyśle lotniczym, ze szczególnym uwzględnieniem stopów niklu i tytanu oraz kompozytów, które mają coraz lepsze właściwości użytkowe, ale niestety z reguły wiążą się z coraz gorszą skrawalnością, za którą musi nadążać rozwój materiałów ostrzy i metod obróbki. SUMMARY Machining of materials used in the aerospace industry Słowa kluczowe: materiały lotnicze, obróbka stopów niklu i tytanu Keywords: aerospace materials, machining of nickel and titanium alloys The article identifies problems of the machining of modern materials used in the aerospace industry, with particular reference to nickel and titanium alloys as well as composites. These materials have better and better performance properties, but unfortunately they are usually associated with worse machinability, which the development of blade materials and machining methods must keep up with. Innovative aerospace machining techniques have been described, including advanced cooling techniques (dry machining and minimum lubrication, high-pressure cooling and cryogenic cooling) and hybrid machining. TEKST: PROF. DR HAB. INŻ. Krzysztof Jemielniak, DR HAB. INŻ. Tadeusz Sałaciński, PROF. PW Zakład Automatyzacji i Obróbki Skrawaniem, Instytut Technik Wytwarzania, Wydział Inżynierii Produkcji, Politechnika Warszawska napisz do autora: t.salacinski@upcpoczta.pl zdjęcia: Istock, T. Sałaciński R - - - - - - - - - - - - - - - 42 S T Y C Z E Ń- L U T Y 2019
Rys. 1. - - - - - O 3 1. Zużycie narzędzia PCBN (a i b), vc = 120 m/min, ap = 1 mm, f = 0,1 mm/obr., oraz narzędzia PCD (c i d) vc = 250 m/min, ap = 0,94 mm, f = 0,15 mm/obr.; materiał obrabiany popularny stop tytanu Ti 6Al 4V [2] reklama Innowacje w pełnym zakresie asortymentu ETAtec ZETAtec BETAtec OFFICIAL SUPPLIER OF www.boehlerit.com S T Y C Z E Ń- L U T Y 2019 43
3 N 4 - - - - - - - 2 - - - - - - Obróbka kompozytów - - - - - - - - v v - - - Obróbka stopów tytanu - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - v 44 S T Y C Z E Ń- L U T Y 2019
- v c f - - - 2 - v c - - - - - - - - - - plucking - - 46 S T Y C Z E Ń- L U T Y 2019 Rys. 2. 2. Zmiany warstwy wierzchniej po frezowaniu Inconelu 718 frezem czołowym z płytkami okrągłymi CC6060 (d = 12 mm) Sialon w kolejnych stadiach stanu ostrza: a) a p = 2 mm, b) f z = 0,1 mm/ostrze, c) v c = 1000 m/min [11] - - - - - - - v c, f a p Obróbka stopów niklu - -
Ŭŏòõă ƕƛűźĕũƀĵă ûƀƨø ûłƀęŏűö ķŏņźøķźƀ ƕĥŏŭø Ƥ ŨŎƕĤăŬƤõĠŅĤì ŅØŹØŬõĤØ Ŏ ĴØķ ƕ ŨŬƤƛŨØûķØõĠ ŎłŏƕĤŎŅƛõĠ ŨŎŨŬƤăûŅĤŎ ŨŎƕŎûƀĴă ŅĤŰķĤ ķìź űõĥņøņĥø ęŭƀòă ŹŬƀûŅă ûŏ ŁØłØŅĤØ ƕĥŏŭƛ ŎŬØƤ ûƀƨă ŰĤŁƛ ŰķŬØƕØŅĤØ ƤƕŁØŰƤõƤØ ŨŬƤƛ ŅĤŰķĤõĠ ŨŬĔûķŎűõĤØõĠ ŰķŬØƕØŅĤØ!ăõĠØłĤ õġøŭøķźăŭƛűźƛõƥņƛłĥ Űì ƕźăûƛ ƕƛűŏķø ŹăłŨăŬØŹƀŬØ ƕ ŰŹŬăėĤă ƕźŏŭņăęŏ űõĥņøņĥø Ĥ ŬŎƤķŁØû ŹăłŨăŬØŹƀŬ ŅØĴõĤăŨĺăĴ ĴăŰŹ ŅØ ķŭøƕĕûƥĥ ŰķŬØƕØĴìõăĴ ŬŎƕØûƤĤ ŹŎ ûŏ ŰƤƛòķĤăęŎ ƕƥŭŏűźƀ VBB ŎŬØƤ ûăėŏŭłøõĵĥ ŨĺØŰŹƛõƤŅƛõĠ ŎŰŹŬƤØ ŹØĺă ŰƤƛòķŎŹŅìõă ƕƛźŭƥƛłøłă łøłŏ ŎûŨŎŬŅă ŅØ ƤƀƧƛõĤă Űì ŰŹŎŰŎƕØŅă ûŏ ŎòŬŏòķĤ ŰŹŎŨŏƕ ŅĤķĺƀ ŨŬƤƛ ŅĤŰķĤõĠ ŨŬĔûķŎűõĤØõĠ ŰķŬØƕØŅĤØ võ ł łĥņ ûŏ ƤŁŎƧŎŅƛõĠ ŅØŬƤĔûƤĤ ĴØķ ŨŬƤăõĤìęØõƤă ŎòŬŏòķØ ęņĥøƥû ŁŎŨØŹăķ ŹƀŬòĤŅ qøŭƥĕûƥĥø ŹØķĤă ƕƛķøƥƀĵì ķŏłòĥņøõĵĕ ƤƀƧƛõĤØ űõĥăŭņăęŏ Ĥ ØûĠăƤƛĴŅăęŎ ƕ ŬŏƧŅăĴ ŨŎŰŹØõĤ ƕ ƤØĺăƧŅŎűõĤ Ŏû ęăŏłăźŭĥĥ Ĥ ŎòõĤìƧăŅĤØ ŎŰŹŬƤƛ ÒØŰŹŎŰŎƕØŅĤă ƕĕęĺĥķŏƕ ŰŨĤăķØŅƛõĠ ûŏ ŨŬƤăõĤìęØõƤƛ ƀłŏƨĺĥƕĥø ŰŹŎŰŎƕØŅĤă ƕƛƨűƥƛõġ ŨŬĔûķŎűõĤ ûŏ ł łĥņ Ƥ łņĥăĵűƥƛłĥ ŰĤŁØłĤ ŰķŬØƕØŅĤØ ˠ ÃĔęĺĤķĤ ŰŨĤăķØŅă Ƥ ŬŏƧŅƛłĤ ŨŎķŬƛõĤØłĤ ŅŨ Â' Ĥ ĺq!â' Ĥ!q ĺ2o3 Ĥq ŨŬØõƀĴìõă Ƥă űŭăûņĥłĥ ŨŬĔûķŎűõĤØłĤ ŰķŬØƕØŅĤØ (vc ł łĥņ ŅĤƧŰƤă ûĺø ƕĥăŭõăņĥø ƕƛƨűƥă ûĺø ŹŎõƤăŅĤØ Ĥ ėŭăƥŏƕøņĥø Ƥ ûŏûøźņĥłĥ ķìźøłĥ ŅØŹØŬõĤØ Űì ŰŹŎŰŎƕØŅă ƕ ŨŎŰŹØõĤ ŨŁƛŹăķ ĺƀò ŅØŬƤĔûƤĤ ĴăûŅŎĺĤŹƛõĠ Ŏ ŰƤăŬŎķĤł ƤØķŬăŰĤă ęăŏłăźŭĥĥ Ĥ ƕƛłĥøŭŏƕ ƤØŬŏƕŅŎ ûŏ ŎòŬŏòķĤ ƤęŬƀòŅăĴ ĴØķ Ĥ ƕƛķŏņõƥăņĥŏƕăĵ qøŭƥĕûƥĥø ŹØķĤă ŨŬƤƛ ŎòŬŏòõă õĥìęłăĵ ŹŎõƤăŅĤă ƤƀƧƛƕØĴì ŰĤĔ ęłŏƕņĥă űõĥăŭņĥă Ĥ ØûĠăƤƛĴŅĤă Ƥ ŹăŅûăŅõĴì ûŏ ŨŎƕŰŹØƕØŅĤØ ķøŭòŏƕ ƤƀƧƛõĤă ŰķŎŅõăŅŹŬŎƕØŅă ŬƤƛ ŎòŬŏòõă ŨŬƤăŬƛƕØŅăĴ ûŏûøźķŏƕŏ ƕƛűźĕũƀĵă ƕƛķŭƀűƥøņĥă ķŭøƕĕûƥĥ ŰķŬØƕØĴìõăĴ Fûƛ ŎûŨŬŎƕØûƤØŅĤă õĥăũłø ĴăŰŹ ƀźŭƀûņĥŏņă ƕĥăŭõăņĥă ŬŎƤƕĤăŬõØŅĤă ƤƀƧƛõĤă űõĥăŭņă Ĥ ØûĠăƤƛĴŅă Űì ĴăŰƤõƤă ƕĥĕķűƥă qøŭƥĕûƥĥø õăŭøłĥõƥņă ĺ2o3 Ĥ ĺ{q Ƥƕƛķĺă ƤòŬŎĴŎŅă Ĥ! ŰŹŎŰŎƕØŅă Ƥ ŨŬĔûķŎűõĤØłĤ vc ł łĥņ Ƥƕƛķĺă Ƥ ƀĵăłņƛłĥ ķìźøłĥ ŅØŹØŬõĤØ ŨŎƕŎûƀĴì ƕƛűŏķĥă ŹăłŨăŬØŹƀŬƛ ƕ ŰŹŬăėĤă ŰķŬØƕØŅĤØ ƤłĤØŅƛ ƕøŭűźƕƛ ƕĥăŭƥõġņĥăĵ ƕĥĕõ ûŏũƀűƥõƥøĺņă ŹƛĺķŎ ûŏ ŎòŬŏòķĤ ƤęŬƀòŅăĴ ŬƤƛ ėŭăƥŏƕøņĥƀ RŅõŎŅăĺ ŨŁƛŹķØłĤ ŎķŬìęŁƛłĤ ĤØĺŎŅ Ƥ ŨŬĔûķŎűõĤì vc ł łĥņ (ap łł fz łł ŎŰŹŬƤă ŎûķŰƤŹØŁõăŅĤØ ƕøŭűźƕƛ ƕĥăŭƥõġņĥăĵ ŰĤĔęØŁƛ ƕ ęłìò Ŏû Ŏķ ł ûĺø ŎŰŹŬăęŎ ŎŰŹŬƤØ ûŏ Ŏķ ł ûĺø ŎŰŹŬƤØ òøŭûƥŏ ŰĤĺŅĤă ƤƀƧƛŹăęŎ ŨŎ Ű ŰķŬØƕØŅĤØ ŬƛŰ ƛł ŅĤăłŅĤăĴ ęłĕòŏķŏűö ŹØ òƛłø ƤŅØõƤŅĤă łņĥăĵűƥø ŅĤƧ ŨŎƤŎŰŹØƕĤØŅƛ Ƥƕƛķĺă ŅØûûØŹăķ reklama S T Y C Z E Ń -LUT Y 2019 47
3: a) wytwarzanie mikrorowków na powierzchni natarcia, b) płytka z rowkami, c) strefa kontaktu wióra z powierzchnią natarcia z rowkami o głębokości 123 μm [15] 4. Schemat podawania chłodziwa pod wysokim ciśnieniem 5. Wzrost trwałości ostrza spowodowany zwiększeniem ciśnienia chłodziwa przy toczeniu stopu tytanu [8] 6. Zależność zużycia ostrza i formowania się wiórów od ciśnienia chłodziwa przy toczeniu: a) TI6Al4V, b) Inconel 718 [10] Rys. 3. a) b) Rys. 4. Rys. 5. Rys. 6. 48 S T Y C Z E Ń- L U T Y 2019 - - v - - - - - - - - - - - - - - shot peening - - - - - - Zaawansowane techniki - - -
- - - 7. Porównanie zużycia ostrza z węglików spiekanych CNMA 120408 IC20 przy toczeniu wzdłużnym TiAl6V4 z chłodzeniem konwencjonalnym, kriogenicznym CO 2 i LN 2 : v c = 150 m/min, a p = 0,3 mm, f = 0,13 mm/obr. [10] Rys. 7. sza intensywne poszukiwania sposobów - - - - - - - - reklama Ispina 115, 32-709 Drwina S T Y C Z E Ń- L U T Y 2019 49
Rys. 8. 8. Zasada toczenia wspomaganego laserowo [12] Bardzo dużym problemem przy wierceniu stopów tytanu jest powstawanie zadziorów, zarówno na wejściu, jak i wyjściu. przystosowanych geometrii ostrza, odpo- - 2 O 3 v c - - - - v c - - v c v c - - - - - - - - - - - - - - - - - ( - - - - - 50 S T Y C Z E Ń- L U T Y 2019
- - - - - - v c - - v c - - - - - - - - - - reklama AWEA FCV-620 Precyzyjne wysoko wydajne centrum obróbcze, 5-osiowe, ze stołem uchylno-obrotowym, renomowanego producenta firmy AWEA. Przesuwy w osiach: X 635 mm, Y 535 mm, Z 460 mm Zakres osi B: od -50 do ~ +110 Zakres osi C: 360 Obroty wrzeciona: 12 000/15000/ 18 000/24 000 obr./min Sterowanie: Siemens/Heidenhain CHMER HE65GT Precyzyjne centrum 3-osiowe do obróbki grafitu z innowacyjnym systemem obróbki na mokro w kurtynie olejowej Oil Shroud Przesuwy w osiach: X 500 mm, Y 600 mm, Z 300 mm Obroty wrzeciona: 30 000 obr./min Sterowanie: Siemens BEZPOŚREDNI POLSKI IMPORTER MDT Wadowski Sp. k.a. 04-894 Warszawa, ul. Szachowa 1 tel. 22 842 96 55 e-mail: info@mdt.net.pl S T Y C Z E Ń- L U T Y 2019 53
- - - - - - - - - - - - - VB B - Efektywność zastosowania LAM do obróbki Inconel 718 w dużym stopniu zależy od materiału ostrza. Trwałość narzędzi węglikowych jest z LAM znacznie niższa niż przy obróbce konwencjonalnej, ze względu na zbyt wysokie temperatury. - - - Laser-Assisted Machining Vibration-Assisted Machining Obróbka wspomagana laserem - - - - - - - - - - - - - - - - - 54 S T Y C Z E Ń- L U T Y 2019
9. Warianty toczenia wspomaganego drganiami [12] Rys. 9. mance Machining Drilling Burr For-. composite materials. - cro-grooved tool. Obróbka wspomagana drganiami Ultrasonic-Assisted Machining Modulation- -Assisted Machining 56 S T Y C Z E Ń- L U T Y 2019