indexable milling cutters

Aerospace in focus: Cutting tools สำหรับอากาศยาน

อุตสาหกรรมการบินและอวกาศไม่เพียงแต่เป็นหนึ่งในผู้บริโภคที่ใหญ่ที่สุดของ cutting tools แต่ยังเป็นหนึ่งในปัจจัยขับเคลื่อนที่สำคัญที่สุดสำหรับการพัฒนาเครื่องมือตัด

วัสดุจำนวนมากที่ใช้สำหรับการผลิตชิ้นส่วนอากาศยานมีความสามารถในการแปรรูปทางกล (machinability) ต่ำ ไทเทเนียมนั้นที่มีอัตราส่วนความแข็งแกร่งต่อน้ำหนักที่น่าประทับใจ ส่วนซูเปอร์อัลลอยอุณหภูมิสูง (หรือ HTSA – high temperature superalloys) ไม่สูญเสียความแข็งแกร่งแม้ในภาวะโหลดความร้อนสูงและวัสดุคอมโพสิตก็เป็นวัสดุที่ตัดยาก – difficult-to-cut materials ดังนั้นเพื่อที่จะเพิ่ม output rate และปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตผู้ผลิตชิ้นส่วนอากาศยานจะต้องใช้ machine tools ที่มีความสามารถ implementing การแปรรูปทางกลระดับสูงได้ ในสภาวะเช่นนี้เครื่องมือตัดหรือ cutting tools จะเพิ่มบทบาทขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ อย่างไรก็ตาม cutting tools สามารถแสดงให้เห็นจุดอ่อนที่สุดในระบบการผลิตทั้งหมด ในฐานะองค์ประกอบของระบบ เมื่อมีความทนทานต่ำ ความสามารถในการผลิตก็จะลดลงทันที ลูกค้าจากภาคการบินและอวกาศต่างคาดหวังว่า ระดับประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือที่เพิ่มมากขึ้นจากเครื่องมือตัดและผู้ผลิตเครื่องมือเป็นทั้งการท้าทายและเป็นแรงบันดาลใจ ทั้งในแง่ของการพัฒนาและบูรณาการโซลูชันใหม่ๆ ให้เข้ากับผลิตภัณฑ์ของพวกเขา

Basic materials / วัสดุพื้นฐาน

เครื่องมือตัดส่วนใหญ่ยังคงผลิตมาจากคาร์ไบด์ซีเมนต์ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา Iscar ได้แนะนำคาร์ไบด์หลายเกรดที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับวัสดุที่ใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศรวมถึง IC 5820 ที่รวมข้อดีของ submicron substrate การเคลือบผิว CVD แบบ progressive hard และ post-coating treatment เพื่อเพิ่มความแข็งแรง ทนต่อแรงกระแทกและทนความร้อน เม็ดมีดจากคาร์ไบด์เกรดนี้ส่วนใหญ่ใช้สำหรับงานกัดไททาเนียม Pinpointed wet cooling และโดยเฉพาะอย่างยิ่งสารหล่อเย็นแรงดันสูง (HPC – high-pressure coolant) ช่วยปรับปรุง grade performance

เซรามิก เป็น tool material อีกชนิดที่มีความแข็งและความเฉื่อยทางเคมีสูงกว่าคาร์ไบด์ซีเมนต์ ซึ่งหมายความว่าเซรามิกมีความเร็วในการตัดสูงกว่าและขจัดการสึกหรอ หนึ่งในการพัฒนาล่าสุดของ Iscar ซึ่งเป็นตระกูลของเซรามิกเอ็นมิลล์แบบเข็งสำหรับการตัดเฉือน HTSA ดอกกัดเอ็นมิลล์เหล่านี้ทำมาจาก “SiAlON” – เซรามิกประเภทซิลิคอน – ไนไตรด์ซึ่งประกอบด้วยซิลิคอน (Si), อลูมิเนียม (Al), ออกซิเจน (O) และไนโตรเจน (N) เมื่อเปรียบเทียบกับ solid carbide tools ต่างๆ ดอกกัดเอ็นมิลล์สามารถเพิ่มความเร็วในการตัดได้ถึง 50 เท่าซึ่งช่วยประหยัดเวลาในการตัดได้อย่างมาก

The new SiAlON
The new SiAlON-specific tool is already in use in the aerospace industry. (Source: Iscar)

สำหรับงานกลึง Iscar ได้ขยายสายการผลิตเม็ดมีด SiAlON สำหรับการตัดเฉือนวัสดุ HTSA ผลิตภัณฑ์ใหม่ (รูปที่ 1) ได้รับพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพในการกลึงชิ้นส่วนเครื่องยนต์อากาศยานจาก super alloys เช่น Waspaloy และเกรด Inconel และ Rene ที่แตกต่างกัน ตรงกันข้ามกับเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์อื่น ๆ SiAlON มีความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันที่สูงขึ้น แต่มีความหนืดน้อยกว่า ดังนั้นกุญแจสำคัญของความน่าเชื่อถือในเม็ดมีด SiAlON ก็คือ additional edge preparation

‘TE’ edge geometry ใหม่ของ Iscar ได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อเพิ่มอายุการใช้งานเครื่องมือในสภาวะการใช้งานหนักในระหว่างการกัดหยาบ หรือ rough operations และ interrupted cuts

Advanced geometry / รูปทรงขั้นสูง

การปรับปรุงรูปทรงการตัดเป็นทิศทางสำคัญประการหนึ่งในการพัฒนา cutting tools ทั้งนี้ cutting geometry เป็นเรื่องของการวิจัยทั้งในเชิงทฤษฎีและการทดลอง และความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีได้นำเครื่องไม้เครื่องมือที่ทรงพลังใหม่ ๆ มาช่วยในการออกแบบเครื่องมือ เช่น การสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์สามมิติ (3D computer modeling) ของ chip formation ทีมวิจัยและพัฒนาของ Iscar ใช้การสร้างแบบจำลองเพื่อค้นหารูปทรงที่เหมาะสมที่สุด สร้างหน้าตัดของเม็ดมีดที่ถอดเปลี่ยนได้และหัวตัดที่สามารถถอดเปลี่ยนได้

chipformer F3S สำหรับเม็ดมีด ISO ที่ได้รับความนิยมสูงสุด เช่น CNMG, WNMG และ SNMG ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับงานกลึงพื้นผิวโลหะผสมนิกเกิลที่มีอุณหภูมิสูงรวมถึงวัสดุแปลกใหม่ต่าง ๆ (รูปที่ 2)

chipformer F3S
รูปที่ 2

ในส่วนของ hole making ได้มีการการประยุกต์ใช้แบบจำลองกับกระบวนการออกแบบที่มีส่วนสำคัญในการสร้างรูปทรงของ Sumocham – หัวคาร์ไบด์แบบเปลี่ยนได้สำหรับการเจาะรูลึกได้สูงสุด 12 รู (12-hole diameters) ในวัสดุ austenitic ที่ตัดได้ยากและ duplex stainless steel

Flexible Customisation การปรับแต่งที่ยืดหยุ่นได้

ผลิตภัณฑ์ด้านอากาศยานสามารถมีความแตกต่างกันอย่างมากทั้งในเรื่องของ วัสดุ มิติ รูปร่าง ความซับซ้อนและอื่น ๆ อีกมากมาย เพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ที่มีความหลากหลายเหล่านี้ บรรดาผู้ผลิตต้องใช้เครื่องมือเครื่องจักรและกระบวนการทางเทคโนโลยีมากมาย เพราะไม่ใช่ว่าเครื่องมือตัดที่ได้มาตรฐานทุกอันจะเหมาะกับ machining operation ทั้งหมดโดยให้ผลิตภาพสูงสุดเสมอไป ดังนั้นอุตสาหกรรมการบินและอวกาศจึงเป็นหนึ่งในผู้บริโภคชั้นนำของ customised tools

ลูกค้าที่ผลิตชิ้นส่วนไททาเนียมอาจสนใจโซลูชันซึ่งประกอบด้วย indexable shell mills และแขนจับมีดตัด (Arbors) จากไลน์มาตรฐาน ในขณะที่ลูกค้ารายอื่นที่ผลิตชิ้นส่วนที่คล้ายกันอาจต้องการหัวกัดพิเศษที่มี integral body สำหรับการติดตั้งโดยตรงในแกนเครื่องจักร

Iscar ได้พัฒนา rotating tools (เครื่องหมุน) หลากหลายตระกูลทั้ง Multi-Master และ Sumocham ที่สามารถเปลี่ยนหัวได้และมี body ที่แตกต่างกันเพื่อให้ได้ตัวเลือกในการประกอบเครื่องมือที่หลากหลายยิ่งขึ้นทำให้การปรับแต่งง่ายขึ้นและช่วยลดความต้องการผลิตภัณฑ์ตามสั่ง หรือ tailormade products ที่มีราคาแพงลงด้วย

Drills_Aerospace industry
The drills combine the Sumocham design with a Flexfit threaded connection

Aluminium machining

แม้ว่าการตัดเฉือนอลูมิเนียมอาจดูเหมือนว่าเป็นกระบวนการที่ง่ายมาก แต่การตัดอลูมิเนียมได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยแท้คือการแสดงให้เห็นถึงกระบวนการทางเทคโนโลยีทั้งหมด

ความจำเป็นในการเพิ่มผลผลิตและเพิ่มอัตราการคายเศษตัดออกจากชิ้นงานสำหรับงานกัดอะลูมิเนียม โดยเฉพาะชิ้นส่วนขนาดใหญ่ของส่วนประกอบโครงสร้างอากาศยาน ส่งผลให้ผู้สร้างเครื่องมือ หรือ tool builders ต่างพาพัฒนาเครื่องกัดด้วยเมนไดรฟ์ที่ทรงพลัง – สูงถึง 150 กิโลวัตต์ – ความเร็วแกนหมุนสูงถึง 33000 รอบต่อนาที เพื่อตอบสนองความต้องการนี้ Iscar ได้ขยายกลุ่ม indexable milling cutters ที่ 90 องศาด้วยเครื่องมือรุ่นใหม่ที่มาพร้อมกับเม็ดมีดขนาดใหญ่ที่สามารถตัดได้ลึกถึง 22 มม. (.870 “) – ในรูปที่ 4 เครื่องมือได้รับการออกแบบ เพื่อขจัดการกระจัดของ insert radial ซึ่งอาจเกิดขึ้นจากแรงเหวี่ยงสูงในช่วงที่ความเร็วการหมุนสูงมาก แนวคิดนี้ช่วยให้ช่วงความเร็วการหมุนในการกัดงานสูงถึง 31000 รอบต่อนาที

indexable milling cutters
รูปที่ 4

โปรแกรม cutting tool ของ Iscar สำหรับภาคการบินและอวกาศนั้นขึ้นอยู่กับหลักการหลายประการ: ความต้องการที่ซับซ้อนของอุตสาหกรรมนี้ นำไปสู่แนวโน้มที่ควรนำมาพิจารณาในงานโลหะการ – metalworking และนำไปสู่การขับเคลื่อนเพื่อเสริมพลังด้านความร่วมมือกับบรรดา tool consumers

Iscar เชื่อว่าวิธีการแบบไตรภาคีนี้จะช่วยให้เกิดความเชื่อมั่นในความสำเร็จของแนวคิดอันเป็นนวัตกรรมต่างๆ สำหรับการตัดเฉือนที่มีประสิทธิภาพในวัสดุที่ยากต่อการตัด (difficult-to-cut materials) ซึ่งเป็นสิ่งที่ท้าทายและมีความเคลื่อนไหวอยู่ตลอดเวลา

 

อ้างอิง: https://www.etmm-online.com/aerospace-in-focus-a-899077/

  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •