티타늄 및 HRSA 금속 절단:가공성, 절삭유 및 그 이상

내열 초합금 및 티타늄과 같은 금속은 매우 어려울 수 있지만 기계 작업자는 가공, 공구 고정 및 인서트 선택에 대한 올바른 접근 방식과 지침을 통해 문제 영역을 극복할 수 있습니다.

인체의 이식 가능한 관절부터 석유 산업의 해양 시설용 대형 부품, 항공 우주의 엔진 터빈에 이르기까지 내열 초합금 및 기타 합금이 주요 제조 부문에서 정기적으로 사용되고 있습니다. 하지만 기계 가공이 어려울 수 있습니다.

최소한의 시간에 최고 품질의 부품을 만드는 것이 목표라면 사용할 도구의 종류를 이해하는 것이 필수적입니다. 기계의 속도를 높이지만 매우 느리거나 부정확하게 절단하는 초고밀도의 단단한 금속으로 인해 도구를 통해 타거나 생산 지연을 일으키는 것을 원하는 사람은 없습니다. 거친 재료에 가장 적합한 도구를 아는 것과 마찬가지로 기계의 기능을 이해하는 것도 중요합니다.

"HRSA의 주요 응용 분야는 항공기 및 발전용 핫존 터빈 구성 요소입니다. 블레이드, 블리스크, 브래킷, 밸브 및 매니폴드와 같은 부품은 대부분이 복잡하고 윤곽이 잡혀 있습니다."라고 Advanced Manufacturing의 Ed Sinkora는 기사에서 말합니다. 고온 합금 절단을 위한 최신 기술.”

"즉, 한 번의 클램핑으로 필요한 형태와 공차를 달성하기 위해 5축 밀링을 사용합니다. 그리고 더 작은 부품의 경우 솔리드 초경 원형 공구가 필요하며 특히 견고한 공구 홀더가 필요합니다.”라고 Sinkora는 설명합니다.

많은 산업이 제조 압력을 받고 있습니다. 특히 경쟁이 치열한 시장에서 고품질 부품을 얻는 데 걸리는 시간은 정말 중요합니다.

항공우주 분야의 포켓 밀링 티타늄에 대한 기사에서 Walter Tools는 "이러한 구조적 구성 요소는 매우 비싸기 때문에 주요 초점은 공정 신뢰성에 있습니다."라고 말합니다. "동시에 시장의 비용 압박으로 인해 높은 가공 및 생산성 성능이 요구됩니다."

"공정 안정성"이라는 편안한 수준에 도달하려면 올바른 기계, 워크홀딩, 툴링, 공구 경로 및 냉각수를 모두 사용하여 가공 및 툴링 전문가를 찾는 것과 관련된 많은 노하우가 있습니다. 티타늄, HRSA 및 합금에 대한 최고의 툴링 및 가공 지침을 살펴봅니다.

금속의 가공성 등급 알아보기

티타늄, 스테인리스강 또는 HRSA를 절단하는 경우 제조되는 많은 부품에 니켈 또는 크롬(때로는 코발트)이 포함될 가능성이 높습니다. 일반적인 니켈 합금에는 Inconel, Waspaloy, Hastelloy, 304, 316 및 17-4를 포함한 스테인리스강 등이 있습니다.

제조 컨설턴트인 Kip Hanson은 "니켈 기반 고온 합금을 위한 5가지 금속 절단 팁"이라는 기사에서 "[니켈은] 질기고 내부식성이 있으며 우수한 강도와 충격 특성을 나타냅니다."라고 말합니다.

"예리한 도구와 올바른 절삭 매개변수가 주어지면 순수 니켈은 선삭 또는 밀링하기가 크게 어렵지 않지만 Ni-Span-C 902 및 Monel K-500과 같은 니켈 합금은 15% 이하의 가공성 등급을 가지고 있습니다."라고 Hanson은 설명합니다. .

그리고 가공성이 핵심입니다. 운 좋게도 오늘날의 많은 기계와 절삭 공구는 대부분의 재료를 처리할 수 있지만, 문제는 반복 가능하고 시기 적절한 가공 프로세스를 생성하기 위한 올바른 공구와 기술을 아는 것입니다. 이를 위해 재료가 어떻게 평가되는지 이해하는 데 도움이 되므로 가공성 평가 차트를 사용하면 도움이 됩니다.

하지만 실제 경험과 지식을 대체할 수 있는 것은 없습니다. 오늘날 이를 수행하는 사람들과 기계 가공성 문제에 대해 이야기하십시오. 금속 가공 포럼에 가입하세요[등록 필요].

많은 경우 샌드빅 코로만트의 다음과 같이 공구 공급업체에서 제공하는 기술 가이드를 사용하는 것도 도움이 됩니다.

"응용 가이드:내열성 초합금"

이 가이드에서 샌드빅 코로만트는 HRSA에 대해 다음과 같이 말합니다. 금속이 어닐링되었는지 노화되었는지 여부는 특히 후속 가공 특성에 영향을 미칩니다.”

다음은 어려운 Monel K-500을 위해 설계된 업그레이드된 도구로 절단하는 비디오 예입니다.

다음은 Inconel 718을 절단하는 다른 예입니다.

사용하는 재료의 구성에 대해 더 알고 싶으십니까? " 읽기 절삭 공구 선택 가이드:철과 비철 금속 .”

더위 조심, 금속 가공 냉각수 사용

적절한 칩으로 정확하고 신뢰할 수 있는 절단을 수행하는 데 필요한 속도와 이송으로 재료 표면의 CNC 기계에서 발생하는 열은 과소 평가하기 어렵습니다. 인서트와 도구에 대한 실질적인 도전이 될 수 있습니다.

샌드빅 코로만트는 "HRSA 소재를 위한 올바른 선삭 인서트 선택" 기사에서 "열전도율이 낮고 경도가 높으면 가공 중 고온이 발생합니다. "고강도, 가공 경화 및 접착 경화 특성으로 인해 최대 절삭 깊이에서 노치 마모가 발생하고 절삭날에 극도로 마모되는 환경이 발생합니다."

기계공은 이에 대해 어떻게 보호해야 합니까? 많은 응용 분야에서 모서리를 단단하게 유지하고 모재에 밀착되어 변형을 방지하는 카바이드 기반 절삭 인서트를 사용하십시오.

“일반적으로 절입각이 큰 인서트(원형 인서트)를 사용하고 포지티브 인서트 형상을 선택하십시오. 선삭 및 밀링에서는 용도에 따라 세라믹 재종을 사용할 수 있습니다.”라고 샌드빅 코로만트가 설명합니다.

그리고 코팅과 냉각수의 역할을 잊지 마십시오. Kennametal의 제품 관리 이사인 Scott Etling은 "The Heat Is On Hard-to-Machine Metal"이라는 기사에서 조언합니다.

Etling은 "올바른 PVD 코팅, 견고한 모재, 올바른 형상, 올바른 모서리 준비 및 고전단 형상이 있어야 합니다."라고 말합니다. “열은 강철처럼 칩으로 들어가지 않습니다. 열은 어딘가로 이동해야 하므로 대부분의 티타늄 응용 분야에서는 엄청난 양의 냉각수를 사용해야 합니다."

절삭유 및 HRSA에 대한 자세한 내용은 샌드빅 코로만트의 적용 가이드를 참조하십시오. 도구 제작자는 다음을 제안합니다.

“세라믹 밀링을 제외한 모든 작업에 절삭유를 도포해야 합니다. 볼륨은 높고 잘 지시되어야 합니다. 고압 절삭유 HPC(최대 1160psi)는 공구 수명과 일관성 측면에서 긍정적인 결과를 보여줍니다.”

공작물을 견고하게 유지

"HRSA를 가공하려면 매우 안정적인 기계, 견고한 워크홀딩, 스핀들과 툴 홀더 사이의 매우 단단한 인터페이스가 필요합니다."라고 Sinkora는 말합니다.

단순히 재료와 절단 도구보다 알아야 할 것이 훨씬 더 많습니다. 오늘날의 기계와 혁신적인 절삭 공구가 처리할 수 있는 매우 높은 rpm과 처리량을 견딜 수 있는 균형 잡힌 강도와 제자리에 공작물을 유지하는 데 필요한 요소도 있습니다.

"티타늄 및 기타 내열 초합금의 가공은 반경 방향뿐만 아니라 축 방향에서도 높은 절삭 부하를 발생시켜 공구를 빼낼 수 있습니다."라고 Hanson은 "고성능 가공의 교훈:도구 홀더를 잊지 마세요.” “공구 고장과 부품 스크랩을 방지하려면 올바른 유형의 공구 홀더를 사용하는 것이 훨씬 더 중요합니다. 많지 않을 수도 있습니다. 한 번에 수천 분의 1인치에 불과할 수도 있지만 매우 비싼 부품을 긁어모으기에 충분할 가능성이 높습니다.”

측면 잠금 장치를 사용하는 경우 새롭고 개선된 것을 가져와야 할 때일 수 있습니다. 많은 공급업체가 Haimer의 특허 받은 Safe-Lock 기술을 라이선스합니다. 그러나 인발 감소로 공구 수명을 늘리는 것만이 아닙니다. 이는 또한 채터와 고조파를 줄이고 기계의 스핀들을 손상시키지 않는 것에 관한 것이므로 HRSA 부품 제조의 유압 척은 평가할 가치가 있으며 CNC에 HSK, Capto, KM4X 또는 기타 기술이 있는지 확인합니다.

"일반적으로 12,000rpm 이상의 빠른 속도로 공작 기계를 실행할 때는 항상 전체 시스템(즉, 공구 홀더와 절삭 공구)의 균형을 유지하는 것이 좋습니다."라고 Kennametal의 공구 홀더 수석 글로벌 제품 관리자인 Ronald West는 말합니다. 기사. "공구 수명을 늘리고 스핀들 마모를 줄입니다 ... 콜릿 척 또는 엔드밀 어댑터를 사용하여 설계와 필요한 하드웨어로 인해 균형을 유지하는 것이 조금 더 어렵지만 일반적으로 유압 척과 열박음 어댑터는 균형을 미세 조정하는 것이 훨씬 쉽습니다. 고속 애플리케이션.”

거친 HRSA에는 세라믹 도구를 사용해 보십시오. 긴 공구 경로 유지

“세라믹 절삭 재료는 FSM 및 ISM의 황삭 작업에서 탁월한 생산성을 제공합니다. 초경과 비교하면 응용 분야가 크게 다릅니다.” 샌드빅 코로만트는 HRSA 작업을 위한 응용 프로그램 가이드에서 언급합니다. 그 이유는 세라믹이 "고가소화되고 전단된 칩"을 생성하는 데 도움이 되는 높은 절삭 속도를 허용하기 때문입니다.

전문가에 따르면 HRSA 황삭의 핵심은 적절한 온도에 도달할 수 있도록 속도와 이송에 있습니다. 분당 3,000피트 이상의 표면 속도가 권장됩니다.

Greenleaf Corp.의 글로벌 관리자인 Jan Andersson은 "첫 번째 단계는 절단 영역의 온도를 올려 재료의 가소화를 일정 수준으로 만들어 가공을 더 쉽게 만드는 적절한 속도를 설정하는 것입니다."라고 말합니다. , 예측할 수 없는 공구 수명으로 어려움을 겪고 있습니다. 적절한 속도를 결정한 후 이송 속도를 사용하여 열 배출을 관리합니다. 이송 속도가 높을수록 칩의 질량이 커집니다. 칩의 질량이 클수록 절단 영역에서 더 많은 열을 전달합니다. 화학적 마모 구성 요소를 제어합니다.”

또 다른 요점:공구 경로는 공구를 최대한 오래 유지하고 유용하게 유지하기 위해 가능한 한 절단에 오래 있어야 합니다. 이는 모든 공구 경로에서 반경을 강제하기 위해 CAM에 적절한 프로그래밍을 적용하는 것을 의미합니다.

"Inconel 및 기타 초합금에서 우리가 찾는 핵심 프로그래밍 기술은 가능한 한 오랫동안 공구를 절단 상태로 유지하는 것입니다."라고 Advanced Manufacturing 기사에서 Method Machine Tools의 제품 관리자인 Dale Mickelson이 말했습니다. “절단에 들어가고 나갈 때마다 공구 수명이 줄어들기 때문입니다. 그래서 우리는 나선형으로 부품으로 이동하는 포켓 루틴을 만듭니다. 플랫이 있는 경우 해당 플랫까지 나선형으로 자른 다음 평평한 표면을 마무리합니다."

다음은 터빈 블레이드를 절단하는 세라믹 밀링의 비디오 예입니다.

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