Obróbka materiałów dla przemysłu lotniczego NOWOCZESNE NARZĘDZIA Gu

•
MECHANIK NR 8-9/2013
Gühring oHG
NOWOCZESNE NARZĘDZIA
Tak produkują najlepsi
Obróbka materiałów
dla przemysłu lotniczego
Przemysł lotniczy jest jednym z nielicznych, w którym kryzys światowy nie
przyniósł tak negatywnych skutków, jak w większości gałęzi przemysłu światowego. Produkcja lotnicza rozwija się nadal w bardzo szybkim tempie. O jej
poziomie najlepiej świadczą portfele zamówień wszystkich światowych producentów wypełnione na wiele lat do przodu.
W Polsce najlepiej o kondycji przemysłu lotniczego
mówi rosnąca z roku na rok liczba firm zrzeszonych
w Dolinie Lotniczej. Obecnie członkami Doliny jest już
ponad 100 polskich firm.
Grupa Gühring od dziesiątków lat współpracuje z największymi światowymi producentami przemysłu lotniczego. Do najważniejszych możemy zaliczyć: Airbus
(Tuluza, Hamburg, Stade, Nordenham, Brema); Boeing
(Seattle, Auburn, Everret, Renton, El Segundo, Fredrickson, Portland, St. Louis); EADS (Augsburg); Eurocopter (Donauworth); MTU (Monachium); Lockheed
Martin (Marietta, Dallas/Fort Worth); Northrop Grumman (Palmdale, El Segundo); Spirit (Wichita, Arkansas); Alenia (Grotaglie, Turyn).
Kontynuowanie współpracy z tym przemysłem wymaga od producenta narzędzi nieustannego rozwoju oferty
poprzez dostosowanie konstrukcji narzędzi i materiałów, z jakich są one wykonywane, do wymagań stawianych przez coraz trudniejsze do obróbki materiały stosowane powszechnie w nowych konstrukcjach samolotów, helikopterów, silników czy innych ich komponentów.
Obecne konstrukcje w przemyśle lotniczym bazują na
stopach tytanu, niklu, magnezu lub innych superstopów
(Inconel, Waspalloy,..), a przede wszystkim na materiałach kompozytowych na bazie włókien węglowych
CFRP (Carbon Fibre Reinforsed Plastics) produkowanych w bardzo wielu odmianach, a także na materiałach
wielowarstwowych składających się z wielu różnych
warstw, np. CFRP, tytan, aluminium, czy miedź.
Przypomnijmy, że udział materiałów kompozytowych
w Boeingu 787 – tzw. Dreamlinerze wynosi 59% masy
całkowitej samolotu! O tak dużym zastosowaniu materiałów kompozytowych zadecydowały jego cechy. Materiał ten jest bardzo lekki i ma ważną cechę – dużą
odporność na zniszczenie. Poprawna obróbka tych materiałów wymaga jednak spełnienia bardzo wielu specjalnych wymagań i warunków, zarówno co do użytych
narzędzi, jak i prowadzenia procesu obróbki.
Kompozyt ten składa się z żywicy i włókna węglowego.
Włókna węglowe mogą być ułożone krzyżowo – jak
w typowym materiale tkanym lub wzdłużnie (jednokierunkowo) – bez krzyżowania. „Płótno” z włókien węglowych
jest pokryte żywicą a następnie umieszczane w formie,
gdzie w specjalnym piecu (autoklawie), pod wysokim
ciśnieniem jest „wypiekane”. Tak uzyskane części muszą
być poddane obróbce mechanicznej w celu zapewnienia
dokładności kształtów czy otworów. Ekstremalna wytrzymałość mechaniczna i bardzo wysoka odporność na
ścieranie powodują, że zużycie narzędzi do obróbki tych
materiałów jest również ekstremalnie duże. Nawet małe
zaokrąglenie krawędzi skrawającej powoduje, że skrawanie staje się niemożliwe, gdyż efektem użycia stępionego
narzędzia jest rozklejenie, czyli oddzielenie włókna od
żywicy, nazywane delaminacją. Dlatego delaminacja jest
podstawowym kryterium przydatności narzędzi.
Sposób obróbki, konstrukcje narzędzi i parametry
obróbki nowoczesnych metalowych materiałów „lotniczych” były wielokrotnie prezentowane przez nas w Mechaniku i innych wydawnictwach.
Obecnie przedstawimy kilka nowych konstrukcji narzędzi do obróbki materiałów kompozytowych i wielowarstwowych.
Frezowanie kompresyjne
Zapewnienie braku delaminacji przy frezowaniu materiałów kompozytowych jest bardzo trudne. Już niewielkie stępienie narzędzia lub niewłaściwe zamocowanie
a)
b)
Rys. 1. Frezowanie materiałów kompozytowych: a) klasyczne, b) kompresyjne – frezem kompresyjnym
•
MECHANIK NR 8-9/2013
materiału powoduje powstawanie delaminacji (rys. 1a).
Aby przeciwdziałać temu zjawisku opracowano całkiem
nową konstrukcję frezu, w którym ukształtowanie krawędzi skrawających powoduje, że siły skrawania wciskają niejako włókna materiału do wewnątrz. Stąd wzięła
się nazwa frezowanie kompresyjne. Istotę obróbki pokazuje rys. 1b.
W celu uniknięcia tych problemów opracowano narzędzia z wewnętrznym chłodzeniem, ale z wylotem skierowanym wstecz oraz przykrycie strefy skrawania dodatkową przestrzenią z wyciągiem pyłów. Rys. 3 ilustruje
istotę tego rozwiązania. Takie prowadzenie obróbki
gwarantuje wyższą trwałość narzędzi oraz czysty, bezpieczny proces skrawania.
Obecnie firma Gühring oferuje kilka typów frezów do
frezowania kompresyjnego:
Wiercenie materiałów wielowarstwowych
monolityczne frezy węglikowe o lewo-prawoskrętnych ostrzach skrawających (rys. 2a),
frezy kompresyjne o dużym skręcie ostrzy, opracowane dla materiałów cienkich i typu plaster miodu
(rys. 2b),
frezy kompresyjne z ostrzami PKD (jedno ostrze
lewo-, drugie prawoskrętne) (rys. 2c).
a)
b)
c)
Wiercenie otworów w materiałach wielowarstwowych
stanowi również dużą trudność, ponieważ konieczne
jest zapewnienie odpowiedniej ich jakości i dokładności
(rys. 4). W pierwszej warstwie z CFC widoczna jest
delaminacja na wejściu otworu. Na przejściu do warstwy
tytanu widoczne są wyraźne ubytki włókien, przy wyjściu z trzeciej warstwy aluminiowej zauważamy duże
zadziory. Jednym z czynników złej jakości powierzchni
otworu są długie wióry powstające w czasie wiercenia
tytanu.
Rys. 2. Przykłady frezów firmy Gühring do frezowania kompresyjnego: a) frez węglikowy o lewo-prawoskrętnych ostrzach skrawających, b) frez kompresyjny o dużym skręcie ostrzy opracowany dla
materiałów cienkich i typu plaster miodu, c) frez kompresyjny z ostrzami PKD
Chłodzenie powietrzem
„z wstecznym wyprowadzeniem”
Kolejną trudnością przy obróbce materiałów kompozytowych jest dobór chłodzenia. Chłodzenie emulsją
jest wprawdzie najefektywniejsze, lecz powoduje następne problemy – koszt utylizacji mieszanki tj. pyłu
CFRP + chłodziwa jest bardzo wysoki; powstaje też
konieczność dodatkowego mycia detali. Chłodzenie powietrzem jest skuteczne, ale mniej efektywne oraz nie
jest bez wad – pył jest nie tylko bardzo szkodliwy
dla zdrowia, ale może też uszkodzić części obrabiarki.
Rys. 4. Zjawisko delaminacji na wejściu do otworu przy obróbce
materiału wielowarstwowego
Aby przeciwdziałać tym zjawiskom Gühring opracował specjalną konstrukcję wiertła z łamaczem wiórów,
a także dwustopniową konstrukcję, w której ukształtowanie drugiego stopnia zapewnia dokładne wykończenie otworu (rys. 5).
a)
Rys. 3. Wsteczne wyprowadzenie chłodziwa
b)
Rys. 5. Wiertło z łamaczem wiórów (a) oraz dwustopniowa konstrukcja wiertła umożliwiająca poprawne wykończenie otworu (b)
•
MECHANIK NR 8-9/2013
Ręczne wiercenie otworów
Bardzo często niezbędne jest ręczne wiercenie otworów w elementach konstrukcji lub poszycia, która to
czynność jest bardzo trudna. Zapewnienie prostopadłości otworu, dokładności pozycjonowania oraz odpowiedniej jakości i braku zadziorów na wyjściu jest dużym
wyzwaniem. Dla takich operacji firma Gühring opracowała wiele rozwiązań, które ułatwiają ich prowadzenie.
Oto niektóre z nich:
wiertło o specjalnej konstrukcji i kącie ostrza 90°
powodującym, że osiowa siła wiercenia jest znacznie
łatwiejsza do utrzymania (rys. 6), co przeciwdziała wyrywaniu włókien lub zadziorów przy wyjściu z otworu;
Rys. 7. Przystawka do wiercenia z kontrolą prostopadłości
Rys. 8. Urządzenie do zapewnienia stałego posuwu w czasie ręcznego wiercenia
Rys. 6. Wiertło o specjalnej konstrukcji, która nie powoduje delaminacji
specjalny przyrząd do ręcznego wiercenia, wyposażony w trzy diody informujące o utrzymywaniu lub
braku pionowej pozycji w czasie wiercenia (rys. 7);
specjalne urządzenie do zapewnienia stałego posuwu w czasie ręcznego wiercenia (rys. 8);
przyrząd do fazowania otworów z obu stron (rys. 9)
oraz wiele innych rozwiązań (narzędzia składane, narzędzia łączone HSS/HM; pokrycia diamentowe, specjalne pokrycia przeciw-narostowe) dostosowanych do
indywidualnych potrzeb Klienta.
Rys. 9. Ideogram pracy przyrządu do fazowania z obu stron
Zainteresowanych prosimy o kontakt z naszymi Inżynierami Sprzedaży lub Działem Handlowym.
Opracował R. Subbotko
GUHRING
Sp. z o.o.
al. Zagłębia Dąbrowskiego 21, 41-300 Dąbrowa Górnicza
DZIAŁ HANDLOWY
DZIAŁ LOGISTYKI
tel. 32 428 70 19
fax 32 428 70 44
e-mail: [email protected]
tel. 32 428 70 00
fax 32 428 70 22
e-mail: [email protected]
DZIAŁ PRODUKCJI
I REGENERACJI
tel. 32 428 70 32; 32 428 70 25
fax 32 428 70 66; 32 428 70 99
e-mail: [email protected]