Svarvning i varmhållfasta superlegeringar och titan

Varmhållfasta superlegeringar (HRSA) delas upp i tre materialgrupper: nickelbaserade, järnbaserade och koboltbaserade legeringar. Titan kan vara rent eller ha en alfa- eller betastruktur. Bearbetbarheten hos både varmhållfasta superlegeringar och titan är dålig, framför allt om materialet är åldrat, vilket ställer särskilda krav på skärverktygen.

Inom flygindustrin är bearbetningen uppdelad i tre steg: Bearbetning i första steget (FSM), mellanbearbetning (ISM) och bearbetning i sista steget (LSM). Inom LSM är ytfinheten av yttersta vikt, vilket begränsar skärdata och understryker behovet av vassa skäreggar för att undvika att så kallade vita
lager med olika hårdhet och kvarvarande spänningar bildas.​

Strålförslitning kan aldrig elimineras men kan minimeras genom god planering samt genom att följa några allmänna regler.

• Använd runda skär.
• Använd minsta möjliga ställvinkel där det är möjligt.
• Ett planerat förhållande mellan skärdiameter och skärdjup (se bilden).
• Det går att programmera en kurvformig bana för att eliminera behovet av för-fasning och för att minimera strålförslitningen. Det skapas en kontaktpunkt där skäret träffar smideshuden/det hårda skalet i komponentens hörn och en punkt vid skärdjupslinjen.
• Rampning är idealiskt för svarvar. Det säkerställer att eventuella skador sprids längs med skäreggen. Vid varierande skärdjup är det den bästa lösningen. Flera passeringar med varierande skärdjup kan vara ett alternativ. Vid användning av rampning eller flera passeringar bör skärdjupet aldrig vara mindre än 0,25 mm, annars finns det risk för urflisning.
  

Skärdjup​

För att minimera strålförslitningen och erhålla bästa möjliga resultat, används ett skärdjup som är mindre än 15% av skärdiametern för ett runt skär eller 15% av nosradien för övriga skär.

Större skärdjup kan användas, men aldrig över 25 % av skärdiametern.

Arbetsstycket måste vara fritt från smideshud/hårt skal innan så stora skärdjup kan användas.

För-fasning

• För att minimera risken för gradbildning när skäret lämnar ingreppet. Det har även en positiv effekt på skäret när det går in i ingrepp.
• För att undvika strålförslitning vid fasning, använd matningsriktningen 90° mot fasen.​

Skärvätska ska alltid användas vid svarvning i varmhållfasta superlegeringar eller titanlegeringar, oavsett om hårdmetallskär eller keramiska skär används. Skärvätskan ska vara riklig och korrekt riktad.

Högtryckstillförsel av skärvätska (upp till 80 bar) är numera vanligt hos moderna maskiner och i kombination med tekniken för CoroTurn högtryckskylning kan skärhastigheten ökas med upp till 20 %, skärlivslängden med upp till 50 % och sist men inte minst spånbrytningen förbättras avsevärt.

Jet-break-tekniken med ultrahögtryckstillförsel av skärvätska (80 till 1000 bar) kan användas i vertikala svarvar (VTL).

Kontakta din representant från Sandvik Coromant för information.​

​CoroTurn^® 107 konventionell

​CoroTurn^® 107 med högtryckskylning

Skärsorter i hårdmetall

Rekommenderade geometrier och sorter för titan

Bearbetningen utförs i glödgat tillstånd (ca 26 HRc).

Hårdmetallskär:

Keramiska skär:

Bearbetningen utförs i åldrat material, 35-46 HRc.

Hårdmetallskär:

Keramiska skär:

Applikationer för keramiska sorter​

​Skärparametrar – keramer

Hastigheten bör vara balanserad på så sätt att tillräcklig värme skapas i skärområdet för att spånorna ska mjukna, men inte för hög så att keramen blir obalanserad.

Matningen f_n ska väljas så att spåntjockleken h_ex är tillräckligt stor för att materialet inte ska deformationshärdas, men inte så stor att eggen urflisas.

Högre matningar och större ingreppsdjup kräver minskad skärhastighet v_c.

Gränsvärdena ändras beroende på hårdheten och kornstorleken hos
materialet i komponenten.​

Bearbetning i åldrat material, 35–46 HRc. Höga krav på låga kvarvarande spänningar, därför rekommenderas inte keramiska skär, medan skärhastigheten v_c inte får överstiga 80 m/min. Andra faktorer som påverkar de kvarvarande spänningarna är:

• Fasförslitning – max. 0,2 mm
• Spåntjocklek – max. 0,1 mm
• Vassa skäreggar – slipade skär är att föredra.
  

Hårdmetallskär:​

GC1105 (PVD-belagd) har det högsta motståndet mot strålförslitning och är första val vid:

• Matning under 0,1 mm
• Svarvning av tunnväggiga eller slanka komponenter
• Ställvinkel på 75° eller mer
• Oundvikliga långa verktygsöverhäng.
  

S05F (CVD-belagd) ger längre skärlivslängd än GC1105 när en liten ställvinkel eller ett runt skär kan användas.​

​Obs!

• Varje SCL-diagram är unikt och gäller endast aktuellt skär, geometri, sort, ingreppsdjup och material.
• Vid finbearbetning är det viktigt att undvika ett skärbyte mitt i en passering, därför finns ett antal skärhastigheter för ingrepp med olika längd.
• För grovbearbetning har vi tagit fram optimala skärdata för de olika skärtyperna, samt motsvarande spiralskärlängd, SCL.

Finbearbetning

2) Använd optimerade a_p och f_n för skäret.

Exempel:

CNGP 120408-1105
a_p 0,25 mm, f_n 0,15 mm

3) Beräkna SCL.

Exempel:

D_m1 = 600 mm, l_m = 150 mm

​4) Välj skärhastighet, v_c, från SCL/ v_c -diagrammet

Exempel:

CNGP 120408 1105

SCL = 1885 m = >v_c = 50 m/min

Alltså, med v_c = 50 m/min klarar en egg en spiralskärlängd på 1 885 mm vilket motsvarar en längd l_m, på 150 mm hos en svarvad komponent.

​Grovbearbetning

Syftet är att förutsäga när skäret måste indexeras/bytas.

1) Välj en skärtyp som passar komponenten.

2) Använd optimerade v_c, a_p och f_n för skäret.

Exempel:

CNMX 1204A1-SM S05F
v_c = 50 m/min, f_n = 0.35 mm/r, a_p = 2.7 mm

3) Notera skärets SCL-kapacitet (livslängd).

Exempel:

SCL = 450 m

4) Beräkna SCL.

Exempel:

D_m1 = 600 mm, l_m = 150 mm

​5) Beräkna hur många skäreggar som krävs.

Exempel: 807/450 = 2 skäreggar