Memotong Logam Titanium dan HRSA:Kemampuan Mesin, Pendingin, dan Lebih Lanjut

Logam seperti superalloy tahan panas dan titanium bisa sangat sulit, tetapi dengan pendekatan dan panduan yang tepat dalam pemesinan, pemilihan pahat dan penyisipan, operator alat berat dapat mengatasi area masalah.

Dari sambungan implan dalam tubuh manusia hingga bagian besar untuk fasilitas kelautan di industri minyak hingga turbin mesin di ruang angkasa, superalloy tahan panas dan paduan lainnya digunakan secara teratur di seluruh segmen manufaktur utama. Tapi mereka bisa sulit untuk mesin.

Jika tujuannya adalah untuk membuat suku cadang dengan kualitas terbaik dalam waktu yang paling singkat, maka memiliki pemahaman tentang jenis perkakas yang akan digunakan sangat penting. Tidak ada yang ingin membakar alat atau menyebabkan penundaan produksi karena logam keras super padat yang menghidupkan mesin tetapi memotongnya sangat lambat atau tidak akurat. Memiliki pemahaman tentang kemampuan mesin juga penting—seperti halnya mengetahui alat yang akan bekerja paling baik untuk material yang keras.

“Aplikasi utama HRSA adalah komponen turbin zona panas untuk pesawat dan pembangkit listrik—bagian seperti bilah, blisk, braket, katup, dan manifold, yang sebagian besar rumit dan berkontur,” tulis Ed Sinkora untuk Manufaktur Lanjutan dalam artikel “ Teknik Panas untuk Memotong Paduan Suhu Tinggi.”

“Itu berarti menggunakan penggilingan 5-sumbu untuk mencapai bentuk dan toleransi yang diperlukan dalam satu penjepitan. Dan untuk bagian yang lebih kecil, diperlukan alat bulat karbida padat, yang membutuhkan pemegang alat yang sangat kaku,” jelas Sinkora.

Banyak industri berada di bawah tekanan manufaktur. Waktu yang diperlukan untuk mencapai suku cadang berkualitas sangat penting, terutama di pasar yang sangat kompetitif.

“Fokus utama adalah pada keandalan proses karena komponen struktural ini sangat mahal,” catat Walter Tools dalam artikel tentang titanium penggilingan saku di ruang angkasa. “Pada saat yang sama, tekanan biaya dari pasar menuntut kinerja permesinan dan produktivitas yang tinggi.”

Untuk mencapai tingkat "keandalan proses" yang nyaman, ada banyak pengetahuan tentang penggunaan mesin yang tepat, workholding, perkakas, jalur pahat, dan cairan pendingin—semuanya bersama-sama—temukan profesional permesinan dan perkakas. Kami mempelajari panduan perkakas dan pemesinan teratas untuk titanium, HRSA, dan paduan.

Ketahui Peringkat Kemampuan Mesin dari Logam

Jika memotong titanium, baja tahan karat atau HRSA, kemungkinan banyak bagian yang dibuat akan memiliki nikel atau kromium—dan terkadang kobalt—di dalamnya. Paduan nikel umum termasuk Inconel, Waspaloy, Hastelloy, baja tahan karat termasuk 304, 316 dan 17-4, dan lainnya.

“[Nikel] tangguh, tahan korosi, dan menunjukkan kekuatan dan sifat benturan yang sangat baik,” catat Kip Hanson, konsultan manufaktur, dalam artikel “5 Tip Pemotongan Logam untuk Paduan Suhu Tinggi Berbasis Nikel.”

“Mengingat alat yang tajam dan parameter pemotongan yang tepat, nikel murni tidak terlalu sulit untuk digiling atau digiling, meskipun paduan nikel seperti Ni-Span-C 902 dan Monel K-500 memiliki peringkat kemampuan mesin 15 persen atau kurang,” Hanson menjelaskan .

Dan kemampuan mesin adalah intinya. Untungnya, banyak mesin dan alat pemotong saat ini dapat menangani sebagian besar bahan—tetapi tantangannya adalah mengetahui alat dan teknik yang tepat untuk menciptakan proses pemesinan yang berulang dan tepat waktu. Untuk itu, ada baiknya untuk memahami bagaimana suatu bahan diberi peringkat, jadi menggunakan bagan peringkat kemampuan mesin dapat membantu.

Tetapi tidak ada yang dapat menggantikan pengalaman dan pengetahuan dunia nyata:Bicarakan tentang masalah kemampuan mesin dengan orang-orang yang melakukannya hari ini. Bergabunglah dengan forum pengerjaan logam [perlu pendaftaran].

Dalam banyak kasus, penggunaan panduan teknis yang disediakan oleh pemasok perkakas juga membantu, seperti yang ini dari Sandvik Coromant:

“Panduan Aplikasi:Superalloy Tahan Panas”

Dalam panduan ini, Sandvik Coromant mengatakan ini tentang HRSA:“Sifat fisik dan perilaku pemesinan setiap [grup paduan] sangat bervariasi, karena sifat kimia paduan dan pemrosesan metalurgi presisi yang diterimanya selama pembuatan. Apakah logam dianil atau berumur sangat berpengaruh pada sifat pemesinan berikutnya.”

Berikut adalah contoh video memotong Monel K-500 yang sulit dengan alat yang ditingkatkan yang dirancang untuk itu.

Berikut adalah contoh berbeda dari pemotongan Inconel 718.

Ingin tahu lebih banyak tentang bahan riasan yang Anda gunakan? Baca “ Panduan Pemilihan Alat Pemotong:Logam Besi vs. Logam Bukan Besi .”

Awasi Panasnya, Gunakan Pendingin Pengerjaan Logam

Panas yang dihasilkan dalam mesin CNC pada permukaan material pada kecepatan dan umpan yang diperlukan untuk membuat pemotongan yang akurat dan andal dengan chip yang tepat sulit untuk diremehkan. Ini bisa menjadi tantangan nyata untuk sisipan dan alat.

“Konduktivitas panas yang buruk dan kekerasan yang tinggi menghasilkan suhu tinggi selama pemesinan,” catat Sandvik Coromant dalam artikel “Memilih Sisipan Pembubutan yang Tepat untuk Material HRSA.” “Properti kekuatan tinggi, pengerasan kerja, dan pengerasan adhesi menciptakan keausan takik pada kedalaman pemotongan maksimum dan lingkungan yang sangat abrasif untuk ujung tombak.”

Bagaimana seharusnya seorang masinis melindungi dari ini? Untuk banyak aplikasi, gunakan sisipan pemotong berbasis karbida yang menjaga tepi tetap kokoh dan menempel pada substrat serta membantu menghindari deformasi.

“Secara umum, gunakan sisipan dengan sudut masuk yang besar (sisipan bundar) dan pilih geometri sisipan yang positif. Dalam pembubutan dan penggilingan, grade keramik dapat digunakan, tergantung pada aplikasinya,” jelas Sandvik Coromant.

Dan jangan lupa peran pelapis dan pendingin, saran Scott Etling, direktur manajemen produk di Kennametal, dalam artikel “Panas Pada Logam yang Sulit Diproses”.

“Anda harus memiliki lapisan PVD yang tepat, substrat yang keras, geometri yang tepat, persiapan tepi kanan, dan geometri geser yang tinggi,” kata Etling. “Panas tidak masuk ke dalam chip seperti pada baja. Panasnya harus pergi ke suatu tempat, jadi untuk sebagian besar aplikasi titanium, Anda harus menggunakan sejumlah besar cairan pendingin.”

Untuk informasi lebih lanjut tentang pendingin dan HRSA, baca panduan aplikasi Sandvik Coromant. Pembuat perkakas menyarankan hal berikut:

“Pendingin harus diterapkan di semua operasi kecuali penggilingan dengan keramik. Volume harus tinggi dan diarahkan dengan baik. HPC pendingin tekanan tinggi (hingga 1160 psi) menunjukkan hasil positif dalam hal usia pakai dan konsistensi pahat.”

Jaga Benda Kerja Kaku

“Pemesinan HRSA membutuhkan mesin yang sangat stabil, workholding yang kaku, dan antarmuka yang sangat kaku antara spindel dan toolholder,” catat Sinkora.

Ada lebih banyak hal yang perlu diketahui daripada sekadar bahan dan alat pemotong. Ada juga elemen penting yang membantu menjaga benda kerja tetap pada tempatnya dan pada kekuatan seimbang yang dapat menahan rpm dan throughput yang sangat tinggi yang dapat ditangani oleh alat berat dan alat pemotong inovatif saat ini.

“Pemesinan titanium dan superalloy tahan panas lainnya menghasilkan gaya potong yang tinggi tidak hanya dalam arah radial, tetapi juga dalam arah aksial, yang dapat mengakibatkan alat ditarik keluar,” kata Hanson dalam artikel “Pelajaran dalam Pemesinan Berkinerja Tinggi:Jangan Lupakan Pemegang Alat. ” “Lebih penting lagi untuk menggunakan jenis pemegang alat yang tepat untuk mencegah kegagalan alat dan bagian yang tergores. Mungkin tidak banyak—mungkin hanya beberapa ribu inci setiap kali, tetapi kemungkinan besar cukup untuk membuang beberapa bagian yang sangat mahal.”

Jika menggunakan pemegang kunci samping, mungkin sudah waktunya untuk membawa sesuatu yang baru dan lebih baik. Banyak vendor melisensikan teknologi Safe-Lock yang dipatenkan Haimer. Tapi ini bukan hanya tentang meningkatkan umur pahat dari mengurangi penarikan. Ini juga tentang mengurangi obrolan dan harmonik—dan tidak merusak spindel mesin—sehingga chuck hidraulik dalam pembuatan suku cadang HRSA layak untuk dievaluasi, seperti halnya memastikan CNC memiliki HSK, Capto, KM4X, atau teknologi lainnya.

“Saat Anda menjalankan peralatan mesin secepat itu, biasanya lebih dari 12.000 rpm, disarankan untuk selalu menyeimbangkan sistem yang lengkap, (yaitu, pemegang alat dengan alat pemotong),” kata Ronald West, manajer produk global senior di Kennametal di tempat alat artikel. “Ini hanya meningkatkan masa pakai alat dan mengurangi keausan spindel … Ini sedikit lebih sulit dengan collet chuck atau adaptor end mill untuk menjaga keseimbangan karena desainnya dan perangkat keras yang diperlukan, tetapi biasanya chuck hidrolik dan adaptor shrink fit jauh lebih mudah untuk diseimbangkan dengan baik. aplikasi berkecepatan tinggi.”

Untuk HRSA Kasar, Coba Alat Keramik; Pertahankan Toolpath Panjang

“Material cutting keramik menawarkan produktivitas yang sangat baik dalam operasi roughing di FSM dan ISM. Aplikasinya sangat berbeda dibandingkan dengan karbida …” catat Sandvik Coromant dalam panduan aplikasinya untuk bekerja dengan HRSA. Alasannya adalah keramik memungkinkan kecepatan pemotongan tinggi yang membantu menghasilkan “chip yang sangat plastis dan terpotong”.

Kunci dari HRSA hidup seadanya adalah pada kecepatan dan umpan sehingga Anda bisa mencapai suhu yang tepat, menurut para ahli. Direkomendasikan kecepatan lebih dari 3.000 kaki permukaan per menit.

“Langkah pertama adalah menyetel kecepatan yang tepat untuk menaikkan suhu di zona pemotongan guna menciptakan tingkat plastisisasi tertentu pada material, sehingga memudahkan pengerjaan mesin,” kata Jan Andersson, manajer global di Greenleaf Corp. , Anda berjuang dengan masa pakai alat yang tidak dapat diprediksi. Setelah menentukan kecepatan yang sesuai, Anda menggunakan laju umpan untuk mengelola evakuasi termal. Semakin tinggi laju umpan, semakin banyak massa dalam chip. Semakin banyak massa dalam chip, semakin banyak panas yang Anda pindahkan dari zona pemotongan. Itu mengontrol komponen keausan bahan kimia.”

Poin penting lainnya:Toolpaths harus tetap berada dalam potongan selama mungkin agar alat Anda tetap hidup dan berguna selama mungkin. Ini berarti menggunakan pemrograman yang tepat di CAM Anda untuk memaksa radius di setiap jalur alat.

“Teknik pemrograman utama yang kami cari di Inconel dan superalloy lainnya adalah menjaga alat tetap dalam potongan selama Anda bisa,” kata Dale Mickelson, manajer produk di Methods Machine Tools dalam artikel Manufaktur Lanjutan. “Karena setiap kali Anda masuk dan keluar dari cut, Anda kehilangan masa pakai alat. Jadi kami membuat rutinitas mengantongi yang bergerak turun ke bagian secara heliks. Jika Anda memiliki bidang datar, Anda memotong bidang tersebut secara heliks dan kemudian menyelesaikan permukaan datar tersebut.”

Berikut adalah contoh video penggilingan keramik memotong sudu turbin.

Perlu saran dari ahli mesin dan spesialis pengerjaan logam berpengalaman lainnya? Ikuti percakapan di forum pengerjaan logam [perlu pendaftaran].