Для инструментальной промышленности авиастроение является не только одним из крупнейших потребителей, но и важнейшим движущим фактором, определяющим направления развития режущего инструмента (РИ) в целом. Развитие авиационной промышленности происходит по ряду направлений, важнейшими из которых являются рост эффективности выпускаемых летательных аппаратов (ЛА), повышение безопасности полётов и снижение возможного экологического ущерба.
Поиски возможных решений заставляют авиастроителей постоянно совершенствовать конструкции двигателя и корпуса ЛА, улучшение защищённости от таких вредных для полёта факторов, как удар молнии, обледенение и т.д. Это приводит к ужесточению параметров выпускаемой продукции и внедрению в производство новых конструкционных материалов. Такие тенденции, наблюдаемые в отрасли, определяют новые требования к технологическим процессам и, соответственно, к металлообрабатывающему оборудованию и РИ. Выпуск ЛА связан с изготовлением сложных деталей из разнообразных материалов с использованием различных методов механической обработки. Данная особенность объясняет, почему авиастроение оказывает огромное влияние на совершенствование инструментального производства и выступает в роли инициатора его прогресса.
Многие авиационные материалы имеют плохую обрабатываемость резанием. Характерные для отрасли титан с его впечатляющей удельной прочностью, суперсплавы (HTSA), сохраняющие прочность при высоких температурах, или композиты - примеры труднообрабатываемых материалов. Для обеспечения необходимого темпа продуктивности авиастроители внедряют новейшие станки, способные реализовать передовые стратегии обработки. В сложившихся условиях резко возрастает роль РИ, ведь именно он оказывается слабым звеном всей технологической системы, определяя барьер достигаемой производительности. Предприятия авиастроения, всё более и более требовательный потребитель РИ, остро заинтересованы в ином уровне рабочих показателей и надёжности получаемого инструмента. Инструментальщикам приходится проявлять чудеса изобретательности, мыслить нешаблонно и искать оригинальные решения для того, чтобы оправдать эти ожидания.
Основа – инструментальный материал
Твёрдый сплав по-прежнему остаётся самым распространённым инструментальным материалом. В течение последних лет ISCAR предложил несколько новых марок твёрдого сплава, созданных как раз для резания авиационных материалов. Одна из них, IC 5820, сочетает достоинства особо мелкозернистой (субмикронной) основы, твёрдого CVD покрытия и упрочняющей технологии доработки уже покрытой поверхности сменной пластины. Результатом такой комбинации стало повышение ударной прочности и теплостойкости. Сменные многогранные пластины (СМП), производимые из данного сплава, предназначены главным образом для фрезерования титана. Их применение в условиях направленного подвода смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), особенно под высоким давлением, значительно улучшает результаты обработки.
Режущая керамика, другой вид инструментальных материалов, отличается от твёрдого сплава большей прочностью и химической стойкостью при высоких температурах. Это означает, что керамика позволяет существенно увеличить скорость резания и исключить диффузионный износ. Среди новинок ISCAR представлено семейство монолитных керамических концевых фрез для обработки жаропрочных суперсплавов. Материал фрез - сиалон (оксинитрид алюминия-кремния, SiAlON) - предоставляет возможность повышения скорости резания до 50 раз по сравнению с твёрдым сплавом! Результаты внедрения нового семейства на предприятиях авиапрома показывают значительное сокращение времени обработки.
Резцы ISCAR со сменными пластинами из сиалона хорошо зарекомендовали себя в операциях точения заготовок из жаропрочных сплавов на основе никеля типа Waspaloy и различных марок Inconel и Rene, применяемых в авиационном двигателестроении (Рис. 1). В отличие от керамики из нитрида кремния, сиалону свойственны большая устойчивость к окислению, но меньшая ударная вязкость. Поэтому залогом надёжности пластин из сиалона выступает форма режущей кромки. Предложенная ISCAR новая геометрия кромки "ТЕ" была разработана для нагруженного чернового точения и прерывистого резания.
Передовая геометрия
Совершенствование режущей геометрии – стержневое направление развития РИ. Влияние режущей геометрии находится в центре различных теоретических и экспериментальных исследований. Прогресс науки и техники принёс в проектирование РИ мощный и чрезвычайно эффективный инструмент: трёхмерное моделирование процесса стружкообразования. Конструкторы ISCAR активно используют моделирование для оптимизации режущей геометрии и профиля передней поверхности сменных пластин и головок.
Для стандартных пластин типа CNMG, WNMG и SNMG, применяемых для чистового точения жаропрочных сплавов на основе никеля, разработана форма F3S передней поверхности (Рис. 2). Она обеспечивает лёгкое и плавное резание и продуктивное стружколомание. Впечатляющие рабочие показатели стали прямым результатом компьютерного моделирования процессов образования и схода стружки.
Моделирование в значительной мере способствовало созданию эффективной стружкоразделяющей геометрии сменных сверлильных головок SUMOCHAM. С их помощью производится сверление отверстий глубиной до 12 диаметров в сплошных заготовках из аустенитной и двухфазной нержавеющей стали.
Навстречу потребителю
Выпуск авиационной техники связан с производством большого количества деталей, различающихся по материалу, габаритам, сложности формы и т.д. Для их изготовления проектируется множество технологических процессов, рассчитанных на самые разные станки. Далеко не всякий режущий инструмент стандартного исполнения будет оптимальным для проведения необходимой операции механической обработки. Авиастроение является крупным потребителем специального РИ, сконструированного на заказ с учётом особенностей производства и используемой технологии.
Практика ISCAR показывает, что запросы изготовителей однотипной продукции могут сильно отличаться. Например, некоторое предприятие, занятое выпуском деталей из титана, отдаёт предпочтение насадным фрезам с СМП и оправкам из стандартного ассортимента продукции компании. В то же время другое предприятие, производящее сходные детали, заинтересовано в специальных монолитных фрезах для установки непосредственно в шпиндель станка.
Вращающиеся сборные инструменты ISCAR из семейств MULTI-MASTER и SUMOCHAM со сменными головками и различными конфигурациями корпуса позволяют скомпоновать нужный РИ из стандартных элементов и снизить потребность в специальных решениях.
Новые свёрла модульной конструкции для многошпиндельных станков и станков продольного точения "швейцарского типа" - это ещё один пример упрощённой адаптации под требования заказчика. Эти свёрла сочетают себе принцип SUMOCHAM и резьбовое соединение FLEXFIT с центрированием сопрягаемых частей по цилиндрической поверхности (Рис. 3).
Рабочее пространство указанных станков ограничено, и во избежание столкновений инструмента с узлами станка во время обработки и упрощения настройки следует выбирать предельно короткий РИ. Многообразие имеющихся корпусов и переходников с лысками системы FLEXFIT упрощает подбор сверла с минимальным вылетом в зависимости от выполняемых операций.
Следуя запросам представителей авиастроительного сектора, ISCAR расширил линию MULTI-MASTER, дополнив её новым типоразмером резьбового соединения. В результате диапазон диаметров сменных режущих головок для концевых фрез увеличился до 32 мм.
Обработка алюминия
Нередко встречается мнение, что обработка алюминия не вызывает сложностей. Действительность же совершенно иная, и эффективное резание алюминия представляет собой целый раздел технологии со своими законами и секретами.
Стремление повысить производительность, увеличив темп снятия материала при фрезеровании алюминия, особенно, в обработке крупногабаритных структурных элементов ЛА, привело к внедрению станков с мощным главным приводом (до 150 кВт), отличающимся высокоскоростным шпинделем – частота его вращения доходит до 33000 об/мин.
Именно для них ISCAR разработал семейство фрез с углом 90° и сменными пластинами для максимальной глубины резания 22 мм (Рис. 4). Проектирование данных инструментов было направлено на предотвращение возможного смещения пластины в гнезде под действием центробежных сил, возникающих при высоких угловых скоростях. Предложенная конструкция обеспечивает надёжное резание при частоте вращения фрезы до 31000 об/мин.
Продукция компании в области обработки отверстий пополнилась СМП к свёрлам типа DR-TWIST для сверления алюминия. Шлифованная задняя и полированная передняя поверхности производят острую кромку и исключают образование нароста.
Как и другие отраслевые решения ISCAR, программа инструментов компании для авиастроения базируется на определённых принципах: изучение насущных потребностей индустриального сектора, следование тенденциям в металлообработке и стремление к настоящему партнёрству с конечным предприятием-пользователем. На ISCAR убеждены, что только такой комплексный подход позволяет успешно воплотить новаторские идеи по эффективной обработке специфических материалов, характерных для этой перспективной и динамичной отрасли.
