Precisionstillförsel av skärvätska ger fördelar

Vid bearbetning av material inom flygindustrin

Korrekt användning av skärvätska kan leda till 20 % högre skärhastighet i ISO S-klassade material

Behovet av snabbare, billigare och miljövänligare lösningar för flygindustrin ökar, men att bygga flygplan som ger nollutsläpp innebär stora utmaningar. Koldioxidutsläppen från flygplan i trafik har varit främsta fokus men bidraget från bearbetning under tillverkningen är en lika viktig aspekt, som påverkar produktionstakt, effektivitet och kvalitetsstyrning. En lösning är korrekt applicering av skärvätska för att maximera resultatet, öka bearbetningssäkerheten och förbättra verktygens prestanda. Det förklarar också varför marknaden för skärvätska till flygindustrin växer med en beräknad tillväxttakt (CAGR) på 19 % per år från 2022 till 2027. Här förklarar Henri Sevonen, senior chef för Sandvik Coromants flygindustrisegment och expert på skärande bearbetning, fördelarna med högprecisionstillförsel av skärvätska och innovativa verktygskoncept.

Den roll som skärvätskan spelar vid bearbetningen av flygplanskomponenter har förändrats rätt radikalt. Under många år har tillverkare använt skärvätska genom att rikta munstycken, som dränker bearbetningszonen. Särskilt på de material som måste ha skärvätska under bearbetningen. Men nu kan man ta del av nya fördelar tack vare tillämpningen av skärvätska med hög precision specifikt i bearbetningszonen. Den här tekniken är numera lätt tillgänglig tack vare ökad skärvätskekapacitet i många CNC-maskiner samt nya verktygsuppsättningskoncept.

Konsten att göra skillnad
Om skärvätska ska tillföras på ett effektivt sätt och faktiskt göra skillnad måste den tillföras i jetstrålar med hög precision, i tillräcklig mängd och riktad åt rätt håll. Det räcker inte att ha ett jämnt skärvätskeflöde eller ens att överskölja bearbetningszonen med skärvätska. Men kvalificerad högprecisionstillförsel av skärvätska kan också göra stor skillnad med avseende på spånbildning, värmefördelning, kletning av arbetsstycket mot skäreggen, ytintegritet samt verktygsförslitning.
Sådana grundläggande bearbetningsfaktorer påverkar tillverkningen, genom möjligheterna att uppnå högre konkurrenskraft i fråga om produktivitet, verktygslivslängd, spånkontroll, spånavgång och komponentkvalitet.

Korrekt skärvätsketillförsel maximerar produktivitet, ökar bearbetningssäkerheten och förbättrar verktygsprestanda och komponentkvalitet. De positiva effekterna märks redan vid lågt skärvätsketryck, men ju högre trycket är desto mer krävande material kan bearbetas.

Precisionstillförsel av skärvätska kan göra skillnad vid bearbetning i allmänhet, särskilt när det gäller rostfritt stål och stål med låg kolhalt. Men det är vid bearbetning av mer krävande material, som exempelvis varmhållfasta superlegeringar (HRSA) och titanlegeringar som metoden gör en avsevärd skillnad. Det är därför inte konstigt att ett antal nyutvecklade koncept har gjort precisionstillförsel av skärvätska ännu intressantare och mer lättillgänglig.

Precisionstillförsel av skärvätska som standard
Många moderna CNC-maskiner har en skärvätsketillförsel med tryck på mellan 70 och 100 bar som standard eller tillval med kompatibla tankar och pumpar. Detta räcker för att använda skärvätska med hög precision, vilket gör märkbar skillnad vad gäller funktion och resultat i vanligt förekommande fleroperationsmaskiner, svarvar, karusellsvarvar och flerfunktionsmaskiner. Det går alldeles utmärkt att använda standardutrustning för enkel tillförsel av skärvätska till det område som jetstrålen riktas mot.

Modulära verktyg är en viktig förutsättning för bearbetning med precisionstillförsel av skärvätska, delvis för att säkerställa snabba verktygsbyten och minska antalet driftstopp, men också för att effektivt garantera obrutna skärvätskeanslutningar och -kanaler mellan maskinen och skäreggen. Det modulära snabbväxlingssystemet Coromant Capto® är grunden för högprecisionstillförsel av skärvätska, som numera är standard. Det här systemet är optimalt som modulär plattform då det är utrustat med invändig skärvätsketillförsel och även kan användas för högprecisionstillförsel av skärvätska. Det är en etablerad ISO-standard och finns som tillval på många CNC-maskiner med stationära och roterande verktyg.

Precisionstillförsel av skärvätska ovanifrån som riktas direkt mot skärzonen förbättrar spånkontroll och bearbetningssäkerhet. Skärvätska underifrån ökar skärlivslängd och produktivitet, särskilt vid applikationer som alstrar mycket värme i skäret.

Precisionstillförsel av skärvätska vid svarvning
Svarvverktyg med precisionstillförsel av skärvätska är konstruerade att spruta exakta jetstrålar med parallell laminarströmning. Jetstrålarna skapar en hydraulisk kil mellan skäret och spånan, vilket påverkar spånformen och flödet samtidigt som temperaturen i bearbetningszonen reduceras. Genom att använda munstycken som är placerade nära skäreggen och sprutar jetstrålar i hög hastighet tvingas spånan bort från skäret så att den svalnar och bryts av till mindre bitar för smidigare spånavgång.

Man har kunnat se fördelar vid finbearbetning även vid lägre tryck, ända ner till 10 bar, och i material som exempelvis stål, rostfritt stål, aluminium, titan och varmhållfasta superlegeringar. Utöver ökad säkerhet till följd av bättre spånkontroll kan användningen av precisionstillförsel av skärvätska också förlänga verktygslivslängden betydligt och göra det möjligt att öka skärhastigheterna. Genom att använda sig av precisionstillförsel av skärvätska kan man ofta förlänga verktygslivslängden med hela 50 %.

Skärhastigheten påverkar temperaturen, och därmed också verktygsförslitningen, mer än någon annan faktor. Om man ökar skärhastigheten i titan utanför det mer begränsade fönstret för bearbetbarhet förkortas verktygslivslängden markant. Men om matningshastigheten ökas i samma utsträckning förkortas verktygslivslängden i regel inte lika mycket. Detta gör att det är lockande att justera matningshastigheten för att förbättra spånavverkningshastigheten med liten påverkan på verktygslivslängden. Dock är hög matning inte alltid ett alternativ i dessa maskiner eftersom skärkrafterna är högre och det påverkar spånkontrollen.

Svarvning av turbinskiva i varmhållfast superlegering
Precisionstillförsel av skärvätska kan spela en avgörande roll vid bearbetning av ISO S-material. Resultatet av precisionstillförsel av skärvätska kan därför bli ökad prestanda tack vare högre skärhastigheter, utan att temperaturen ökar eller verktygslivslängden försämras. Det blir en tydlig kyleffekt istället för ökade skärkrafter till följd av högre matning. För ISO S-material kan man uppnå 20 % högre skärhastigheter utan att ändra bearbetningslängden.

Även vid invändig svarvning kan precisionstillförsel av skärvätska spela en avgörande roll när det kommer till att optimera spånbildningen och förbättra segmenteringsegenskaperna i krävande material som exempelvis titan. På så sätt bidrar konceptet till säkrare bearbetning och längre verktygslivslängd vid invändig svarvningVid bearbetning av relativt stora och djupa hål med svarvbommar, t.ex. i komponenter till landningsställ, kan det vara en fördel att använda sig av modulära verktygsuppsättningar både fram och bak.

När man kan byta det lilla skärhuvudet på den fastspända bommen blir verktygsbytena snabba, smidiga och exakta vilket öppnar upp för flexibiliteten att använda sig av olika uppsättningar i en och samma konfiguration. CoroTurn® SL kombinerar vibrationsdämpade svarvbommar med räfflad fastspänning av huvudena, för svarvning av större hål som är djupare än 10 gånger diametern. Systemet kan också använda precisionstillförsel av skärvätska.

De temperaturer och skärkrafter som genereras under bearbetningen påverkar komponenternas ytintegritet. Skärvätskan har definitivt betydelse när det kommer till att kontrollera temperaturen och därför har användningen av precisionstillförsel av skärvätska visat sig ge en tillförlitligare ytkvalitet. Munstyckena är riktade mot den del av skäret som kommer i kontakt med bearbetningsytan. Eftersom munstyckena inte går att justera elimineras flera variabler, vilket leder till en säkrare och jämnare bearbetningsprocess.

Optimera väletablerade metoder
Genom att pressa in en vätskekil i bearbetningszonen, särskilt vid medelfin till finbearbetning, får man bättre kontroll över spåntjockleken och vätskekilen blir lättare att applicera än i grovbearbetningsoperationer.

Användningen av skärvätska med hög precision bör inte ses som ett sätt att kompensera för brister som beror på andra faktorer – såsom olämpliga skär, instabilitet eller felaktiga skärdata. Precisionstillförsel av skärvätska kan däremot optimera väletablerade metoder. Konceptet möjliggör kortare cykeltider, förbättrad och konstant komponentkvalitet samt ökad bearbetningssäkerhet vid svarvning och fräsning.

För mer information om fördelarna med precisionstillförsel av skärvätska vid bearbetning av material inom flygindustrin, besök aeroknowledge.com.

2024-08-15 - Industritorget