Frezare în titan

Proprietățile fizico-mecanice remarcabile – în special rezistența la rupere raportată la greutatea specifică – precum și proprietățile anticorozive excepționale au făcut ca aliajele de titan să aibă utilizare din ce în ce mai mare în multe sectoare industriale sensibile din aceste puncte de vedere. Exemplul cel mai convingător îl reprezintă industria globală aeronautică.

Realizarea din titan a componentelor critice din structurile aparatelor de zbor reprezintă garanția asigurării performanțelor urmărite, atingerea fiabilității excepționale absolut necesare în acest domeniu de risc, reducând în același timp în mod semnificativ masa acestora.

De asemenea, caracteristicile mecanice antemenționate ale componentelor din titan, greutatea lor redusă amplifică performanțele aparatelor de zbor și scad semnificativ consumul de combustibil.

Există însă și reversul medaliei, așa cum se întâmplă de obicei. Producătorii componentelor din titan întâmpină dificultăți mari la prelucrarea acestui aliaj foarte greu așchiabil.

De fapt, prin termenul ,,titan’’ utilizat în industriile prelucrătoare se subînțelege ,,aliaj de titan’’ și nu elementul în sine în stare pură. În funcție de proprietățile metalurgice, direct dependente de prezența altor elemente, există o clasificare, după cum urmează:

Titan comercial pur (nealiat)

• Aliaje ,,α’’
•  Aliaje ,,β’’
• Aliaje ,,α−β’’
• Alte aliaje

Se emite ideea că, uneori, prelucrabilitatea titanului este similară cu cea a oțelului inoxidabil.

Afirmația este adevărată atunci când ne referim la titanul comercial pur, pentru a fi chiar eronată atunci când ne referim la aliajul ,,α−β’’ și în special, la cel tip ,,β’’.

Gradul de prelucrabilitate este prin urmare mult influențat de tipul aliajului de Ti și de tratamentul termic la care a fost supus. Spre exemplu, prelucrabilitatea mult utilizatului aliaj

TiAl6V4 călit este cu aproximativ 35-40% mai mică decât a oțelului inoxidabil AISI 304 călit. Pe de altă parte, dacă vom considera prelucrabilitatea aliajului antemenționat ca fiind 100%, atunci cea a aliajului așa-numit ,,de trei ori 5’’- titan 5-5-5-3 ajunge la aproximativ 50% și este recunoscut de prelucrători ca un „producător sigur de migrene”.

Constructorii de mașini-unelte introduc în permanență inovații, noi dezvoltări, cu scopul de a face din ce în ce mai eficientă prelucrarea aliajelor de titan. Mașinile moderne permit operatorilor să aplice strategii avansate de prelucrare, să utilizeze metode de producție punctuale, adecvate situației. În orice caz, vitezele de așchiere reduse, tipice prelucrărilor în titan, limitează în mod sever posibilitățile de mărire a eficienței în producție. Este practic veriga slabă a întregului sistem tehnic pe baza căruia funcționează producția însăși. Altfel spus, scula așchietoare, determină de fapt granița productivității în prelucrarea titanului și devine astfel factorul major ce poate duce la îmbunătățirea situației.

Titanul are conductivitate termică foarte scăzută. De aici, principala problemă a prelucrării acestui material: generarea unor temperaturi înalte, iar încărcarea termică ridicată este trans ferată muchiei așchietoare. De asemenea, spre deosebire de situația prelucrării oțelului, proba bilitatea apariției vibrațiilor este mult mai mare, cauza fiind modulul de elasticitate relative redus. În prelucrare, titanul este mult mai elastic decât oțelul, se comportă ca un arc, astfel încât pot apărea probleme de calitate a suprafeței și de precizie dimensională.

În mod firesc, producătorii de scule pun accent puternic pe dezvoltarea soluțiilor efici­ente de prelucrare a titanului. Este un domeniu aparte, în care raportul dintre volumul semifabricatului și cel al piesei finite este surprinzător. Nu sunt puține situațiile în care greutatea piesei finite atinge numai 10% din cea a semifabri­catului, sau chiar mai puțin. Frecvent, aceste piese sunt prevăzute cu cavități, buzunare, canale, configurații care conduc în mod clar la operații de frezare ca metode de prelucrare. În consecință, orice sculă nouă, mai performantă, dedicată frezării titanului aduce cu sine interes important în comunitatea tehnică globală.

Așadar, cele mai noi produse ISCAR – cunos­cut ca inovator în domeniu – atrag întotdeauna atenția prelucrătorilor pieselor de titan.

Materialul din care sunt realizate sculele au importanță fundamentală, mai ales atunci când intenția este ca prelucrarea să fie realizată cu plăcuțe indexabile. Iar când ne referim la freza­rea în titan, pretențiile cresc infinit mai mult.

În acest domeniu provocator, ISCAR a dez­voltat noua carbură IC840. Și când afirmăm că această carbură este ,,nouă’’ ne referim la toate componentele sale. IC840 este caracterizată de un substrat cu totul nou din carburi metalice și o acoperire PVD dură, inovatoare. Substratul este caracterizat printr-o rezistență extrem de ridicată la apariția așa-ziselor ,,fisuri termice’’. Acoperirea de culoare bronz-ciocolatiu conferă protecție perfectă împotriva oxidării și rezistență excepțională la dezvoltarea micro-smulgerilor. De asemenea, un tratament avansat post-acoperire îmbunătățește considerabil tenacitatea generală a produsului. Combinația avantajoasă, fără precedent a calităților enumerate mai sus pune utilizatorul în situația extrem de confortabilă de abordare sigură a diferitelor aplicații de frezare. Specialiștii ISCAR au convingerea că noile plăcuțe ciocolatii vor fi pe ,,gus­tul’’ prelucrărilor de componente de titan, prin performanțele lor superioare.

După cum am menționat deja, frezarea com­ponentelor din titan presupune îndepărtarea de adaosuri de prelucrare considerabile. Sculele foarte des întâlnite, adevărați ,,cai de bătaie’’ în acest domeniu, sunt frezele-porumb. Utilizarea lor are ca scop eboșarea buzunarelor adânci, a cavităților, a pereților înalți. În mod deosebit pentru realizarea acestor tipuri de prelucrări ISCAR a dezvoltat familia HELITANG H490, echipată cu plăcuțe tangențiale. De asemenea, familia MILL SHRED P290, echipată cu plăcuțe cu muchie ondulată joacă un rol important în abordarea prelucrărilor în titan. Este foarte avantajoasă – în multe situații – fragmentarea eficientă a așchiei, uneori chiar se realizează un efect de tocare măruntă.

În plus, ISCAR oferă familia HELITANG FIN, freze porumb echipate cu plăcuțe tangențiale, dezvoltate în mod special pentru operații de semi-finisare.

Recent, ISCAR a adus în atenția utilizatorilor o nouă linie de freze porumb, echipată cu popu­larele plăcuțe HELIQUAD, care și-au câștigat deja o bună reputație în domeniul frezărilor difi­cile. Plăcuțele sunt mono-față, montate radial. De ce optează ISCAR, o firmă atât de bine cunos­cută pentru susținuta sa activitate inovatoare, să echipeze aceste scule noi cu ,,tradiționalele’’ plăcuțe pătrate simple? Explicația se află în structura noului suport, reproiectat în așa fel încât rigiditatea sa și proprietățile anti-vibratoare sunt mult amplificate. În plus, montarea radială permite realizarea unui spațiu generos liber în zona de evacuare a șpanului, cerință

firească atunci când ne propunem să producem volume mari de șpan în unitatea de timp. Mai mult, sculele cu diametrele cele mai populare sunt prevăzute cu canale de răcire interioare, realizate pentru conducerea lichidului la presiune ridicată (Eng. HPC - High Pressure Coolant). De asemenea, chiar dacă par ,,plăcuțe pătrate simple’’, sunt prevăzute cu muchie așchietoare progresivă, foarte eficientă în prelucrarea aliajelor de titan.

Așadar, dacă HELITANG H490 și MILL SHRED P290 sunt destinate realizării operațiilor de eboș eficient, iar HELITANG FIN furnizează suprafețele semi-finisate în titan, noul porumb HELIQUAD (sau cu adevărat HELIQUAD) îngemănează ambele calități. Frezarea realizată cu acești suporți este extrem de eficientă, iar suprafețele rezultate sunt corespunzătoare condițiilor de semi-finisare.

O nouă familie recent lansată pe piață de ISCAR este ,,Ti-TURBO’’ – freze monobloc din carbură cu gamă diametrală (6-20) mm. Frezele au fost proiectate pentru realizarea atât a operațiilor de finisare, cât și a aplicațiilor de mare viteză (Eng.: HSM - High Speed Machining) pentru realizarea cu precădere a canalelor prin metoda trohoidală. Frezarea trohoidală este caracterizată de lățime mică de contact, adâncime de așchiere semnificativă, combinate cu o traiectorie asimilată unei curbe trohoide. În aceste condiții, scula ,,feliază’’ metalul cu avans foarte ridicat. Unghiul de degajare este mic, iar așchiile produse sunt foarte fine, subțiri. Rezultatul este, de fapt, cel scontat: scăderea substanțială a încărcării termice la care este supusă scula.

Frezele cilindro-frontale ,,Ti-TURBO’’, cu un design unic, patentat, sunt prevăzute cu 7 sau cu 9 dinți, cu pas variabil (similar frezelor cilindrofrontale CHATTERFREE). Această configurație conferă proprietăți antivibratoare excepționale. Este și motivul pentru care familia, datorită regimurilor de lucru excepționale, este considerate soluția TURBO a frezării titanului.

Linia ISCAR de mare flexibilitate MULTIMASTER, compusă din suporți și capete schimbabile, a fost de curând completată cu capete de frezare pentru avans ridicat, cu șase dinți și găuri de răcire centrale. Substratul foarte fin realizat din grăunți sub-micronici, combinat cu acoperirea avansată AL-TEC, conferă rezistență la uzură inegalabilă și în același timp tenacitate ridicată. Capetele sunt foarte eficiente datorită avansurilor ridicate (Eng: HFM- High Feed Milling), realizând reduceri semnificative ale timpilor de ciclu la operațiile de eboș.

Producătorii de componente din titan ridică permanent provocări serioase furnizorilor de scule. Pentru a le rezolva, abordarea în conceperea sculelor trebuie să fie întotdeauna ieșită din tipare. Succesul ISCAR în acest domeniu este asigurat de inventivul său departament de Cercetare-Dezvoltare, care cooperează permanent cu cei mai importanți producători de componente din titan pe plan mondial.

Aceasta explică de fapt și poziția de lider pe care o deține ISCAR în acest sector provocator: PRELUCRAREA ALIAJELOR de TITAN.