MEP Meningkatkan Manufaktur Aerospasial dengan Menghilangkan Burr dan Tepi Tajam
Pendahuluan
Produsen menggunakan operasi turning, milling dan drilling untuk memesin fitur pada workpiece. Namun, proses yang sama juga dapat menghasilkan burr dan tepi tajam yang tidak diinginkan di perbatasan fitur. Kondisi tepi ini dapat mengakibatkan kerusakan bahan saat bagian digunakan, dapat melemahnya secara struktural dan mungkin menimbulkan bahaya bagi yang memegangnya. Kondisi negatif ini adalah alasan mengapa banyak pengguna akhir menganggap burr atau tepi yang sangat tajam sebagai alasan untuk menolak bagian dari pemasok.
Produsen secara tradisional menghapus burr dan tepi tajam menggunakan hand grinder dan proses manual lainnya. Metode-metode ini lambat dan memerlukan bagian diambil dari mesin alat dan direfixasi untuk operasi deburring atau chamfering. Dan bahkan saat dilakukan oleh tukang terampil, operasi-operasi ini kurang konsisten dalam proses saat berpindah dari satu bagian ke bagian lainnya.
Alternatif produktif terhadap deburring manual adalah Mechanized Edge Profiling (MEP). MEP menghilangkan kondisi tepi yang tidak dapat diterima dengan menerapkan alat yang dirancang dan peralatan yang sama yang memesin fitur bagian. Proses MEP menawarkan banyak manfaat. Ia memungkinkan kondisi tepi akhir untuk ditentukan dan diprogram tepat melalui sistem CAM mesin, menghasilkan repeatabilitas maksimal. Waktu produksi bagian secara keseluruhan dikurangi karena bagian tidak perlu diambil dari mesin dan direfixasi, dan tolerance stacking serta ketidakkonsistenan lainnya yang terjadi dari satu setup ke setup lainnya dihilangkan. Respons terhadap tren ini, pembuat alat pemotongan saat ini terus mengembangkan alat baru dan produktif yang meningkatkan manfaat proses MEP.
Kandidat Utama untuk MEP
Mengutamakan permintaan yang semakin ketat dari industri aerospace untuk akurasi dan konsistensi bagian, komponen pesawat jet adalah kandidat utama untuk aplikasi MEP.
Komponen mesin turbin pesawat, misalnya, secara umum dikategorikan sebagai non-rotating dan rotating. Untuk MEP pada bagian mesin non-rotating seperti drums dan casing, edge profiling biasanya terdiri dari tooling chamfer dan break edge standar, yang diterapkan pada peralatan yang memesin bagian tersebut.
Untuk bagian rotating yang krusial seperti disc fan dan kompresor, pengguna akhir memiliki standar yang lebih tinggi dan menuntut eliminasi sepenuhnya dari ketidaksempurnaan permukaan. Kondisi tepi biasanya harus melalui persetujuan dan sertifikasi laboratorium. Untuk memburr bagian-bagian ini, pembuat alat telah mengembangkan custom MEP tooling yang akurat, sepenuhnya repeatable.
Pengembangan Alat MEP
Alat deburring dan profiling standar, seperti yang diterapkan pada komponen non-rotating, mencakup chamfering end mill solid-carbide yang dilapis dengan tepi pemotongan 45˚ dan 60˚, serta alat yang menggunakan indexable inserts untuk menghasilkan chamfer 45˚ dan 60˚.
Untuk aplikasi yang paling kritis, pembuat alat menyediakan alat custom-engineered untuk profiling tepi dan menghapus burr khususnya di entry atau exit lubang. Beberapa alat menggabungkan kemampuan tersebut dan dapat menghapus burr baik di sisi entry maupun exit.
Alat custom ini sering memiliki geometri pemotongan yang kompleks. Yang paling canggih memiliki desain tepi yang menghasilkan chamfer dengan tepi radius yang didahului oleh lead-in dan lead-out angle yang dirancang untuk mencegah terbentuknya secondary burr.
Pengembangan alat khusus melampaui tepi pemotongan saja. Untuk profiling burr dan tepi di entry lubang, atau permukaan atas komponen, penelitian menunjukkan bahwa kombinasi right-hand cut dengan right-hand helix paling efektif karena berfungsi untuk mengeluarkan bahan yang dipotong dari bagian. Di sisi lain, untuk exit burr di permukaan bawah bagian, right-hand cut dikombinasikan dengan left-hand helix bekerja paling baik, karena konfigurasi tersebut memindahkan chip jauh dari komponen.
Analisis aplikasi lainnya telah menunjukkan bahwa alat MEP yang dirancang untuk menghapus burr di atas atau entry lubang memberikan umur alat yang lebih lama dibandingkan alat yang dimaksudkan untuk menghapus burr di bawah atau exit end of a through-hole. Itu karena alat deburring yang dirancang untuk mencapai melalui bagian untuk mengakses lubang exit akan lebih panjang dan lebih kecil diameternya dibandingkan satu yang dimaksudkan untuk melakukan kerjanya dari hanya satu sisi lubang. Alat yang lebih panjang dan diameter lebih kecil lebih rentan terhadap ketidakstabilan dan getaran, keduanya dapat menyebabkan chipping atau patah pada alat carbide. Sebagai hasilnya, sebagian besar bengkel memilih untuk menggunakan alat terpisah untuk memburr entry dan exit edges of a hole daripada satu alat yang dapat melakukan keduanya.
Alat yang lebih panjang dan diameter lebih kecil juga membutuhkan perhatian lebih dalam memilih cutting parameters. Alat yang pendek dan kokoh dapat berjalan lebih cepat tanpa getaran atau masalah lain. Geometri dan fitur bagian juga membuat perbedaan. Saat kondisi pemotongan stabil dan potongan lancar serta tidak terganggu, cutting parameters yang lebih agresif dapat diterapkan. Di sisi lain, fitur bagian seperti access holes yang mengganggu MEP cutting paths memaksa penggunaan parameter yang lebih konservatif untuk meminimalkan aus alat dan mencegah kegagalan dini.
Sebagian dari pengembangan berkelanjutan MEP tooling melibatkan alat yang menggabungkan pemesinan fitur dengan deburring. Misalnya, MEP cutting edge akan terletak di atas end mill sehingga ia dapat secara bersamaan memesin diameter lubang dan memburr entry edges.
Tantangan Bahan
Banyak bahan aerospace, perhatian dari karakteristik pemasinannya, menantang tambahan ketika datang untuk menghapus burr dan chamfer tepi tajam mereka. Nickel-base alloys yang digunakan di komponen mesin, misalnya, keras dan adalah konduktor panas yang buruk. Jadi, cutting tool menyerap panas yang dihasilkan dalam proses pemotongan, yang mempercepat aus alat.
Akibatnya, saat menentukan metallurgy dan geometri alat, pembuat alat harus mencapai keseimbangan antara edge sharpness dan edge strength. Substrat carbide yang keras mungkin sangat tahan terhadap aus termal dan aus abrasif, tetapi ia akan kurang tahan terhadap impact dibandingkan substrat yang menambahkan cobalt atau logam paduan lainnya untuk meningkatkan kepegalan. Dalam hal yang sama, cutting edge yang sangat tajam mungkin lebih rentan terhadap patah dibandingkan satu yang memiliki hone atau persiapan pembulatan tepi lainnya. Pembuat alat juga menyesuaikan rake dan helix angles serta tool coating untuk mencapai hasil terbaik dengan bahan workpiece tertentu.
Ukuran Alat
Untuk memproses lubang dan tepi besar, pembuat alat dapat merancang alat dengan ukuran apa pun yang blank cukup besar dapat disediakan oleh pemasok. Di sisi kecil spektrum, namun, ada batas. Saat ini radius terkecil yang dapat digiling adalah sekitar 0.2 mm, dengan lead-in dan lead-out angle yang proporsional lebih kecil.
Custom MEP tools memiliki radius, chamfer, angle tertentu dan kombinasi fitur-fitur tersebut. Alat-alat biasanya memiliki cutting edge persegi. Namun, ballnose dan lollipop-style tools juga tersedia untuk profiling fitur komponen yang konturnya membatasi akses alat MEP bertepi persegi. Diterapkan pada mesin five-axis, alat-alat ini dapat memindai garis profil bagian kompleks dan menciptakan radius pada tepi kontur panjang.
MEP dalam Operasi
Untuk memaksimalkan akurasi dan konsistensi dan menghemat waktu yang dihabiskan untuk memindahkan bagian dari mesin ke mesin, produsen biasanya melakukan MEP sebagai bagian dari operasi pemesinan fitur bagian yang sebenarnya.
Biasanya, deburring terjadi setelah semua operasi pemesinan selesai. Program CAM mengarahkan alat MEP untuk memburr semua lubang dan menghancurkan tepi tajam secara berurutan. Beberapa alat MEP dapat digunakan untuk memburr berbagai lubang, dan beberapa alat profiling dapat diterapkan pada tiga atau empat lokasi atau fitur yang berbeda, seperti bawah lubang serta bawah kontur scallop.
Untuk memastikan edge profiling terjadi di lokasi yang tepat dan dengan jumlah yang tepat, lubang atau fitur yang terlibat harus didefinisikan atau diukur sebelum operasi MEP dimulai. Saat toleransi bagian sangat ketat, lokasi permukaan bagian sudah didefinisikan dengan baik dan pengukuran in-process mungkin tidak diperlukan. Namun, saat toleransi lebih longgar, pengukuran diperlukan setelah pemesinan awal untuk menentukan lokasi tepi atau fitur yang akan di-profile.
Selain itu, alat itu sendiri harus diukur dan ditempatkan untuk memastikan bahwa ia akan memprofil bagian dengan benar. Karena radius alat sangat kecil – dan untuk tujuan praktis, tidak dapat diukur – panjang alat ditentukan dalam program CAM. Operator dapat mengonfirmasi panjang alat di luar mesin dengan presetter atau di mesin melalui laser atau touch probe. Feed rates dihitung relatif terhadap dimensi yang diukur dari fitur bagian dan alat. Alat deburring custom yang paling canggih diukur 100 persen oleh pembuatnya dengan toleransi 40 mikron pada profil alat, termasuk runout.
Operasi deburring atau chamfering harus dianggap sebagai finishing pass, dengan fokus utama pada kualitas. Produktivitas selalu penting, tetapi terutama dalam kasus komponen aerospace yang berharga ratusan ribu dolar, mendorong alat untuk memaksimalkan output dapat memiliki dampak negatif dan mahal. Konsistensi, keandalan dan eliminasi bagian sisa adalah hal terpenting.
Kesimpulan
Bagian dengan tepi tajam dan burr yang tidak sesuai spesifikasi semakin sering dianggap sebagai sisa yang mahal. Ini sangat jelas dalam industri aerospace, tetapi merupakan tren yang berkembang dalam beberapa aplikasi kritis di industri medis, energi dan lainnya. Produsen memerlukan metode untuk memburr komponen dan memprofil tepi bagian yang konsisten, dapat didokumentasikan dan hemat biaya. Mechanized Edge Profiling (MEP) memenuhi kebutuhan itu karena mengganti operasi manual yang, seberapa terampil pun dilakukan, dapat tidak konsisten dari satu bagian ke bagian lain dan mahal dalam hal biaya tenaga kerja, setup dan biaya penanganan bagian. Beberapa pengguna akhir telah melarang deburring manual karena tidak dapat didokumentasikan dan disertifikasi.
MEP yang paling efisien dan hemat biaya mewakili kombinasi pengembangan teknis dan keahlian aplikasi. Pembuat alat yang menawarkan solusi total seperti itu akan membantu menyederhanakan proses manufaktur aerospace (serta proses serupa di industri kritis lainnya) dan menghasilkan tingkat kualitas dan produktivitas baru.
MEP in Action
Mechanized Edge Profiling memberikan manfaat kepada produsen dalam berbagai aplikasi.
Dalam satu situasi, sebuah produsen memproduksi komponen stainless 303 di mesin twin-spindle. Seiring bertambahnya volume bagian dan ukuran batch, kebutuhan akan produktivitas yang lebih tinggi juga meningkat. Operasi-operasi tersebut tidak seimbang dan memakan waktu – 90 persen pemesinan dilakukan di spindle utama, dan deburring manual di bawah bagian diperlukan, memaksa setup tambahan. Saat produsen menerapkan solid-carbide MEP tool custom-designed di subspindle mesin, ia memungkinkan profiling kedua sisi lubang baut flange bagian secara bersamaan. Waktu pemesinan di antara kedua spindle menjadi lebih seimbang, dan waktu siklus berkurang secara signifikan. Penggunaan alat MEP juga menghilangkan kebutuhan untuk deburring manual dan setup serta waktu tambahan yang dibutuhkannya.
Kasus lain melibatkan pilihan antara edge treatment chamfered (datar) versus radiused (melengkung). Beberapa bagian tidak memiliki persyaratan spesifik bahwa tepi harus diproses oleh salah satu gaya tooling. Satu produsen, namun, menemukan bahwa saat menerapkan radius alih-alih chamfer, umur bagian tiga kali lebih lama dibandingkan bagian yang chamfered. Perbedaan yang tampak kecil dalam pilihan tooling meningkatkan kualitas bagian secara signifikan.
Terakhir, operasi manufaktur aerospace pada disc fan TiAl-4V memberikan contoh aplikasi alat MEP contouring. Sebuah produsen telah menggunakan carbide form tool yang diletakkan di cam fit holder untuk memesin disc. Surface finish buruk di lokasi acak di sekitar disc dan slot radius, dan masalah tersebut tidak konsisten dan bervariasi dalam tingkat keparahan serta frekuensi. Produsen menerapkan cutter coated solid-carbide lollipop-style center-cutting dengan diameter 10 mm, 10 gigi, dan right-hand helix 30˚. Alat tersebut menghilangkan masalah surface finish, dan ia dapat menyelesaikan kedua sisi disc dalam waktu yang jauh lebih singkat.
Sebelumnya tampil di SecoTools.com.
