Pemesinan Lanjutan Titanium & Logam HRSA: Mengoptimalkan Mesinability, Pendingin, dan Peralatan

Logam seperti superaloi tahan panas dan titanium dapat sangat sulit, tetapi dengan pendekatan dan panduan yang tepat dalam pemesinan, pegangan alat dan pemilihan insert, operator mesin dapat mengatasi area masalah.

Dari sendi yang dapat ditanamkan dalam tubuh manusia hingga bagian besar untuk fasilitas laut di industri minyak hingga turbin mesin di penerbangan, superaloi tahan panas dan aloi lainnya digunakan secara rutin di segmen manufaktur utama. Namun, mereka dapat sulit untuk dipesan.

Jika tujuannya adalah membuat bagian dengan kualitas tertinggi dalam waktu yang paling singkat, maka memiliki pemahaman tentang jenis peralatan yang akan digunakan adalah penting. Tidak ada yang ingin membakar alat atau menyebabkan keterlambatan produksi karena logam padat dan keras yang membuat mesin berputar cepat tetapi memotong sangat lambat atau tidak akurat. Memahami kemampuan mesin juga penting—seperti mengetahui alat mana yang akan bekerja paling baik untuk bahan yang sulit.

“Aplikasi utama untuk HRSA adalah komponen turbin zona panas baik untuk pesawat maupun pembangkit listrik—bagian seperti palung, blisk, braket, klep, dan manifol, sebagian besar kompleks dan berkontur,” menulis Ed Sinkora untuk Advanced Manufacturing dalam artikel “Teknik Panas untuk Memotong Aloi Suhu Tinggi.”

“Itu berarti menggunakan frezing 5-axis untuk mencapai bentuk dan toleransi yang diperlukan dalam satu pemegang. Dan untuk bagian yang lebih kecil, alat bundar karbide padat diperlukan, yang memerlukan pemegang alat yang sangat kaku,” menjelaskan Sinkora.

Banyak industri berada di bawah tekanan manufaktur. Waktu yang dibutuhkan untuk mencapai bagian 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 frezing kantong titanium di penerbangan. “Pada saat yang sama, tekanan biaya dari pasar menuntut performa pemesinan dan produktivitas yang tinggi.”

Untuk mencapai tingkat nyaman dari “keandalan proses,” ada banyak know-how dalam menggunakan mesin yang tepat, pegangan benda kerja, peralatan, toolpath dan pendingin—semua bersama-sama—temukan profesional pemesinan dan peralatan. Kami mengeksplorasi panduan peralatan dan pemesinan teratas untuk titanium, HRSA dan aloi.

Ketahui Rating Mesinability Logam

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

“[Nikol] tahan, tahan karat dan menunjukkan kekuatan serta properti impak yang baik,” catat Kip Hanson, konsultan manufaktur, dalam artikel “5 Tips Pemotongan Logam untuk Aloi Suhu Tinggi Berbasis Nikel.”

“Diberikan alat yang tajam dan parameter pemotongan yang tepat, nikel murni tidak terlalu sulit untuk diputar atau difrez, meskipun aloi nikel seperti Ni-Span-C 902 dan Monel K-500 memiliki rating mesinability 15 persen atau kurang,” menjelaskan Hanson.

Dan mesinability adalah intinya. Untungnya, banyak mesin dan alat pemotong saat ini dapat menangani sebagian besar bahan—tetapi tantangannya adalah untuk mengetahui alat dan teknik yang tepat untuk menciptakan proses pemesinan yang dapat diulang dan tepat waktu. Untuk itu, membantu untuk memahami cara bahan diberi rating, jadi menggunakan tabel rating mesinability dapat membantu.

Tetapi tidak ada yang dapat menggantikan pengalaman dan pengetahuan dunia nyata: Bicarakan tentang masalah mesinability dengan orang-orang yang melakukannya saat ini. Bergabunglah di forum pemesinan logam [pendaftaran diperlukan].

Dalam banyak kasus, juga membantu untuk menggunakan panduan teknis yang disediakan oleh pemasok peralatan, seperti ini dari Sandvik Coromant:

“Panduan Aplikasi: Superaloi Tahan Panas”

Dalam panduan ini, Sandvik Coromant mengatakan tentang HRSA: “Properti fisik dan perilaku pemesinan setiap [kelompok aloi] bervariasi secara signifikan, baik karena sifat kimia aloi maupun pemrosesan metalurgi yang tepat yang diterimanya selama manufaktur. Apakah logam dianil atau diaging sangat mempengaruhi properti pemesinan berikutnya.”

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

Berikut ini adalah contoh berbeda memotong Inconel 718.

Ingin tahu lebih banyak tentang komposisi bahan yang Anda gunakan? Baca “Panduan Pemilihan Alat Pemotong: Logam Feros vs. Nonferos.”

Waspadai Panas, Gunakan Pendingin Pemesinan Logam

Panas yang dihasilkan dalam mesin CNK pada permukaan bahan pada kecepatan dan feed yang diperlukan untuk membuat potongan yang akurat dan dapat diandalkan dengan sikap yang tepat tidak dapat dianggur. Ini bisa menjadi tantangan nyata untuk insert dan alat.

“Konduktivitas panas yang buruk dan kekerasan tinggi menghasilkan suhu tinggi selama pemesinan,” catat Sandvik Coromant dalam artikel “Memilih Insert Pemutaran yang Tepat untuk Bahan HRSA.” “Properti kekuatan tinggi, kerja keras dan lemes menghasilkan aus lubang pada kedalaman potongan maksimum dan lingkungan yang sangat abrasif untuk tepi pemotong.”

Bagaimana pemesin harus melindungi terhadap ini? Untuk banyak aplikasi, gunakan insert pemotong berbasis karbide yang menjaga tepi tetap tahan dan menempel pada substrat dan membantu menghindari deformasi.

“Secara umum, gunakan insert dengan sudut masuk besar (insert bundar) dan pilih geometri insert positif. Dalam pemutaran dan frezing, grades keramik dapat digunakan, tergantung pada aplikasi,” menjelaskan Sandvik Coromant.

Dan jangan lupa peran lapis dan pendingin, menasihati Scott Etling, direktur manajemen produk di Kennametal, dalam artikel “Panas Menyala pada Logam yang Sulit Dipesen.”

“Anda harus memiliki lapisan PVD yang tepat, substrat yang tahan, geometri yang tepat, persiapan tepi yang tepat, dan geometri geser tinggi,” katanya Etling. “Panas tidak masuk ke sikap seperti yang terjadi pada baja. Panas harus pergi ke mana-mana, jadi untuk sebagian besar aplikasi titanium Anda harus menggunakan jumlah pendingin yang besar.”

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

“Pendingin harus diterapkan dalam semua operasi kecuali frezing dengan keramik. Volume harus tinggi dan terarah dengan baik. Pendingin tekanan tinggi HPC (hingga 1160 psi) menunjukkan hasil positif dalam hal umur alat dan konsistensi.”

Jaga Benda Kerja Tetap Kaku

“Pemesinan HRSA memerlukan mesin yang sangat stabil, pegangan benda kerja yang kaku dan antarmuka yang sangat kaku antara spindle dan pemegang alat,” catat Sinkora.

Ada lebih banyak yang harus diketahui daripada hanya bahan dan alat pemotong. Ada juga elemen yang diperlukan yang membantu menjaga benda kerja tetap di tempat dan dengan kekuatan seimbang yang dapat menahan rpm yang sangat tinggi dan throughput yang dapat ditangani oleh mesin dan alat pemotong inovatif saat ini.

“Pemesinan titanium dan superaloi tahan panas lainnya menghasilkan gaya pemotongan yang tinggi tidak hanya di arah radial, tetapi juga di arah aksial, yang dapat mengakibatkan tarik keluar alat,” kata Hanson dalam artikel “Pelajaran dalam Pemesinan Berperforma Tinggi: Jangan Lupa Pemegang Alat.” “Paling penting untuk menggunakan jenis pemegang alat yang tepat untuk mencegah kegagalan alat dan sisa bagian. Mungkin tidak banyak—mungkin hanya beberapa ribuan inci pada satu waktu, tetapi kemungkinan besar cukup untuk membuang beberapa bagian yang sangat mahal.”

Jika menggunakan pemegang side-lock, mungkin saatnya untuk membawa sesuatu yang baru dan lebih baik. Banyak vendor melisensikan teknologi Safe-Lock yang dipatenkan Haimer. Namun, ini bukan hanya tentang meningkatkan umur alat dari pengurangan tarik keluar. Ini juga tentang mengurangi getaran dan harmonik—dan tidak merusak spindle mesin—jadi chuck hidrolik dalam pembuatan bagian HRSA layak untuk dievaluasi, serta memastikan CNK memiliki HSK, Capto, KM4X atau teknologi lainnya.

“Saat Anda menjalankan mesin alat secepat itu, biasanya di atas 12.000 rpm, disarankan untuk selalu menyeimbangkan sistem lengkap, (yaitu, pemegang alat dengan alat pemotong),” kata Ronald West, manajer produk global senior di Kennametal dalam artikel pemegang alat. “Itu hanya meningkatkan umur alat dan mengurangi aus spindle … Sedikit lebih sulit dengan chuck collet atau adapter end mill untuk menjaga keseimbangan karena desain dan perangkat keras yang diperlukan, tetapi biasanya chuck hidrolik dan adapter shrink fit jauh lebih mudah untuk menyeimbangkan halus untuk aplikasi kecepatan tinggi.”

Untuk Rough HRSA, Coba Alat Keramik; Pertahankan Toolpath Panjang

“Bahan pemotong keramik menawarkan produktivitas yang sangat baik dalam operasi roughing di FSM dan ISM. Penerapannya sangat berbeda dibandingkan karbide …” catat Sandvik Coromant dalam panduan aplikasinya untuk bekerja dengan HRSA. Alasannya adalah keramik memungkinkan kecepatan pemotongan tinggi yang membantu menghasilkan sikap yang “sangat plastis dan digeser.”

Kunci roughing HRSA ada pada kecepatan dan feed sehingga Anda dapat mencapai suhu yang tepat, menurut para ahli. Kecepatan di atas 3.000 kaki permukaan per menit direkomendasikan.

“[L]angkah pertama adalah menetapkan kecepatan yang tepat untuk meningkatkan suhu di zona pemotongan untuk menciptakan tingkat plastisasi tertentu dari bahan, sehingga lebih mudah dipesan,” kata Jan Andersson, manajer global di Greenleaf Corp. “Kalau tidak, Anda akan kesulitan dengan umur alat yang tidak dapat diprediksi. Setelah menentukan kecepatan yang sesuai, Anda menggunakan laju feed untuk mengelola evakuasi panas. Semakin tinggi laju feed, semakin banyak massa dalam sikap. Semakin banyak massa dalam sikap, semakin banyak panas yang Anda angkat dari zona pemotongan. Itu mengontrol komponen aus kimia.”

Poin kunci lain: Toolpath perlu tetap semakin lama dalam potongan agar alat Anda tetap hidup dan berguna sejauh mungkin. Ini berarti menggunakan pemrograman yang tepat di CAM Anda untuk memaksa radius di setiap toolpath.

“Teknik pemrograman kunci yang kami cari di Inconel dan superaloi lainnya adalah menjaga alat tetap dalam potongan sejauh mungkin,” kata Dale Mickelson, manajer produk di Methods Machine Tools dalam artikel Advanced Manufacturing. “Karena setiap kali Anda masuk dan keluar dari potongan Anda kehilangan umur alat. Jadi kita membuat rutin kantong yang bergerak ke dalam bagian secara helikal. Jika Anda memiliki bidang datar, Anda memotong ke bawah ke bidang datar tersebut secara helikal lalu menyelesaikan permukaan datar.”

Berikut ini adalah contoh video frezing keramik memotong palung turbin.

Butuh saran dari pemesin dan spesialis pemesinan logam yang berpengalaman lainnya? Bergabunglah di obrolan di forum pemesinan logam [pendaftaran diperlukan].