Produkcja elementów z materiałów trudnoskrawalnych wiąże się ze zwiększonym ryzykiem błędów. Jak ich uniknąć? Jakie cechy materiałów powodują najwięcej problemów w obróbce CNC materiałów trudnoskrawalnych? Na te pytania odpowiadamy w nowym wpisie.

Materiały stosowane w przemyśle lotniczym, kosmicznym lub energetycznym muszą cechować się dużą odpornością na korozję, wysokie temperatury i uszkodzenia mechaniczne. Te wymagania spełniają przede wszystkim nowoczesne stopy niklu i tytanu. Ich zwiększona wytrzymałość wiąże się jednak z dużymi utrudnieniami, jeśli chodzi o obróbkę. Jednym z czynników mających największy wpływ na skuteczność produkcji elementów z materiałów trudnoskrawalnych jest programowanie obrabiarek sterowanych numerycznie – przygotowanie kodu i jego szczegółowe sprawdzenie.

Branże, w których wykorzystuje się materiały trudnoskrawalne

Nowoczesna technologia potrzebuje coraz bardziej zaawansowanych materiałów. Do cech, które z punktu widzenia konstruktorów mają największe znaczenie, należy zaliczyć przede wszystkim:

  • dużą wytrzymałość mechaniczną;
  • odporność na korozję oraz skrajne temperatury;
  • dużą ciągliwość.

Takimi parametrami wyróżniają się między innymi superstopy niklu (Hastelloy, Waspalloy, Inconel lub Incoloy), stopy tytanu i tytan niestopowy oraz różnego typu kompozyty. W wykorzystaniu materiałów trudnoskrawalnych prym wiodą:

  • przemysł lotniczy: z ich użyciem produkowane są elementy poddawane wysokim temperaturom – np. korpusy turbin, zawory wydechowe, łopatki, komory spalania itp.;
  • przemysł kosmiczny: służą do wytwarzania elementów silników oraz kadłubów promów kosmicznych (przy wejściu i wyjściu z atmosfery rozgrzewających się do ponad 1500 stopni Celsjusza);
  • energetyka: wykorzystuje wykonane z nich elementy instalacji elektrociepłowniach i elektrowniach, a także reaktorów jądrowych.
  • przemysł motoryzacyjny: stosowane do produkcji podzespołów układów wydechowych, zawieszenia, wałów napędowe, sprężyn lub wahaczy;
  • przemysł petrochemiczny: do budowy instalacji rafineryjnych.
oprogramowanie CAD hyperCAD-S

Sprawdź zastosowanie oprogramowania CAD/CAM od hyperMILL

Profesjonalne oprogramowanie CAD/CAM stworzone z myślą o Przemyśle 4.0

Obróbka materiałów trudnoskrawalnych – możliwe problemy

Cechy, o których piszemy w poprzednim akapicie, czynią jednak obróbkę CNC materiałów trudnoskrawalnych bardzo problematyczną. Najważniejsze utrudnienia na etapie produkcji to:

  • użycie bardzo dużych sił skrawania, niezbędnych ze względu na wytrzymałość stopów niklu lub tytanu;
  • powstawanie wysokiej temperatury na ostrzu wskutek niskiej przewodności cieplnej i zaburzonego odpływania ciepła z miejsca obróbki;
  • przyspieszone zużywanie ostrza spowodowane właściwościami ściernymi obrabianych materiałów;
  • ryzyko powstawania deformacji cienkościennych elementów w wyniku użycia dużych sił skrawania oraz szybkiego zużycia ostrza;
  • utwardzanie materiału – często występuje podczas obróbki superstopów.

Trudności w obróbce mogą wynikać nie tylko z właściwości samych materiałów, ale też parametrów wykonywanych z nich elementów. W drugim przypadku dotyczą one przede wszystkim:

  • długości elementów;
  • utrudnionego dostępu do wielu detali oraz ich lokalizacji na wewnętrznych powierzchniach.

Wirtualne wytwarzanie dzięki oprogramowaniu CAM

Obróbka CNC materiałów trudnoskrawalnych jest długa i skomplikowana. Bez dokładnych testów cały proces będzie pełen błędów. Ich wystąpienie wstrzymuje pracę maszyny, generuje straty i obniża jakość wytwarzanych elementów. Dlatego tak ważne jest wykrycie jak największej liczby błędów przed rozpoczęciem produkcji.

W tym celu stosuje się symulacje obejmujące między innymi ścieżkę narzędzia, ilość usuwanego materiału i temperatury w poszczególnych miejscach, generowanie wibracji i tworzenie się wióra. System CAM może też umożliwiać sprawdzenie programów pod kątem błędów oraz analizę trwałości elementów wykonanych z użyciem danego kodu.

Symulacja obróbki elementów z materiałów trudnoskrawalnych wiąże się z wieloma zaletami. Najważniejsze z nich to:

  • obniżenie kosztów testowania i uniknięcie niepotrzebnego zużywania ostrzy dzięki pominięciu lub skróceniu prób przeprowadzanych na maszynie;
  • skuteczne prognozowanie szybkości zużycia ostrza oraz dobór odpowiedniej geometrii;
  • określenie rodzaju wióra oraz kierunku jego spływu;
  • możliwość odtworzenia każdych warunków obróbki – np. wyższe niż standardowe prędkości;
  • zwiększenie precyzji obróbki między innymi przez zmniejszenie naprężeń i odkształceń;
  • wykrycie i uniknięcie kolizji ostrza z elementami obrabiarki, oprzyrządowaniem lub obrabianymi elementami;
  • możliwość uniknięcia niepotrzebnego usuwania materiału;
  • określenie poboru mocy urządzeń do obróbki oraz oszacowanie kosztów energii.

Najlepsze efekty przynosi symulacja przeprowadzana na modelu obrabiarki, którą w rzeczywistości posiadamy. Połączenie z urządzeniem, które będzie użyte do obróbki umożliwia oprogramowanie hyperMILL z postprocesorem VIRTUAL Machining Center, który jest przypisany do danej maszyny. Z punktu widzenia programisty dużym atutem hyperMILL jest też jego interfejs, odpowiadający temu znanemu z używanej na co dzień maszyny. Takie rozwiązanie sprawia, że zapoznanie się z procesem obróbki nowego elementu zajmie mniej czasu i pozwoli lepiej zaplanować jego poszczególne etapy.

Zobacz również

Jaki jest najlepszy program do elektrodrążarki drutowej?
kalendarz

Jaki jest najlepszy program do elektrodrążarki drutowej?

Obróbka elektroerozyjna ma zastosowanie wszędzie tam, gdzie obróbka skrawaniem okazuje się za mało wydajna. Jakie materiały najczęściej obrabia się tą […]

Największe zalety oprogramowania CAD
kalendarz

Największe zalety oprogramowania CAD

Głównym celem oprogramowania CAD/CAM jest przyśpieszenie projektowania i programowania zaawansowanych elementów części maszyn. Ze względu na postęp technologiczny, który wymusza […]

Oprogramowanie CAM innowacyjnym rozwiązaniem dla przemysłu
kalendarz

Oprogramowanie CAM innowacyjnym rozwiązaniem dla przemysłu

W ostatnim czasie przemysł maszynowy w Polsce rozwija się bardzo dynamicznie. Firmy w branżach automotive czy   przemyśle energetycznym przechodziły fundamentalne […]