Strategie per la lavorazione di motori aerei, componente per componente

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Title%20image_092584In una vista esplosa o in una sezione di un tipico motore aereo, è possibile vedere una serie di componenti fondamentali, ciascuno con le proprie specifiche esigenze in termini di caratteristiche e materiale. Sandvik Coromant illustra le principali strategie e soluzioni che presentano il massimo potenziale per ottenere un vantaggio competitivo.

Dischi turbine
Questi complessi componenti torniti presentano tasche profilate, scanalature interne ed esterne, smerli, mozzi e fori fuori centro, tutto con tolleranze tipicamente molto rigide. Il materiale contribuisce alla difficoltà della lavorazione: si tratta normalmente di leghe complesse da lavorare, come Inconel 718, Waspaloy o Udimet 720.
Per lavorare tasche e scanalature difficili da raggiungere, è necessario usare inserti a 90°, 45° o a T, preferibilmente dotati di geometrie affilate e rettificate. Le qualità con strato di rivestimento PVD sono le migliori, poiché in grado di mantenere taglienti affilati per tempi di taglio più lunghi. Altre caratteristiche da tenere in considerazione comprendono un’ottima resistenza all’usura ad intaglio e una buona tenacità del filo tagliente. Per quanto riguarda le operazioni di tornitura, l’utilizzo di un sistema di attrezzamento modulare con lame progettate per adattarsi ai profili e alle tasche del disco della turbina è una buona strategia. Selezionare un utensile che offra il necessario disimpegno radiale e assiale e usare inserti tondi con refrigerante ad alta pressione (HPC), poiché offrono la massima produttività nelle operazioni di sgrossatura e di finitura su materiali resistenti. È interessante poter dimostrare che scegliendo la tornitura trocoidale per le operazioni di sgrossatura invece del metodo tradizionale di lavorazione in rampa, la produttività può essere raddoppiata, garantendo al contempo maggiore sicurezza e durata del tagliente. La programmazione trocoidale mantiene lo spessore del truciolo per tutta l’operazione di lavorazione, riducendo così al minimo il rischio di variazioni di calore e pressione. Questo consente l’ottimizzazione di qualità e tipi di inserti più duri e produttivi, che offrono tempi ciclo ridotti. Per la lavorazione di smerli nei dischi delle turbine, le frese con testina intercambiabile rappresentano soluzioni economiche poiché la struttura con minore lunghezza di taglio è ottimizzata non solo per profondità di taglio piccole e tolleranze strette, ma anche per garantire la stabilità. Naturalmente, questo si aggiunge all’ovvio vantaggio in termini di tempi di cambio e messa a punto dell’utensile, che sono ridotti sensibilmente rispetto alle lavorazioni con frese a candela e mandrini tradizionali.

lavorazione motori aerei raggiumge nuovi livelli
CoroMill 316 con accoppiamento integrato Coromant Capto

 

Casse della turbina/camere di combustione
Questi grossi e complessi componenti torniti hanno forma conica e mozzi esterni rotondi e quadrati, oltre a fori circonferenziali e assiali. Inconel e Waspaloy rappresentano le tipiche leghe preferite e comportano grandi quantità di materiale da rimuovere.Usando una macchina per la torni-fresatura, la fresatura di sgrossatura intorno a un mozzo esterno può essere ottimizzata usando una fresa con taglio positivo per spianatura e profilatura con refrigerante attraverso il mandrino. Insieme agli inserti tondi, che riducono l’usura ad intaglio e consentono avanzamenti elevati, con ingressi e uscite più agevoli, garantendo un uso senza vibrazioni in applicazioni in cui l’area da lavorare è lontana da raggiungere. Sandvik Coromant, ad esempio, usa con grande successo la ceramica per questa applicazione. La stessa fresa può essere usata per la lavorazione in rampa elicoidale dei fori più ampi della cassa dal pieno. In questo caso, le forze di taglio prodotte sono molto inferiori rispetto alla foratura convenzionale, che incontra difficoltà anche con l’uscita interrotta nel foro. Dovrebbe essere possibile scendere a diametri piccoli fino a 32 mm.
Eseguire la finitura dei fori con una fresa a candela adatta e con interpolazione circolare. Ancora una volta, un solo utensile può eseguire la finitura di diversi diametri, riducendo così il magazzino utensili. La stessa teoria si applica alla smussatura. Invece di utilizzare una fresa specifica, selezionare sempre un utensile per la smussatura in grado anche di eseguire operazioni di sbavatura, non soltanto sui fori.
Per i fori più piccoli, assicurarsi che la punta in metallo duro integrale selezionata offra una geometria ottimizzata per le superleghe resistenti al calore come Inconel e Waspaloy. Questo aiuterà a realizzare un elevato numero di fori in sicurezza e con basse forze di taglio assiali, aspetto particolarmente importante in caso di sezioni della cassa con parete sottile. La spianatura delle casse delle turbine usando inserti in ceramica in modalità di fresatura convenzionale/discorde può rimuovere metallo dalle casse a una velocità fino a cinque volte maggiore (1000 m/min) rispetto agli inserti in metallo duro convenzionali in modalità di fresatura concorde. Di conseguenza, è possibile raggiungere volumi di truciolo asportato di 106 m³/min. Non viene utilizzato refrigerante. Per la profilatura di finitura, una fresa a candela con elica a 50° agevola l’azione di taglio leggera richiesta. Per massimizzare la produttività, tagli radiali poco profondi e tagli assiali elevati costituiscono la strategia migliore.

Utensili con lama antivibrante con inserti tondi in ceramica
Utensili con lama antivibrante con inserti tondi in ceramica

Collettori
Questi componenti cavi a conca presentano molte sfide per i tecnici di produzione. Oltre a una serie di profili e scanalature esterni ed interni, i collettori sono lavorati a partire dal titanio, un materiale noto per la scarsa lavorabilità. A differenza delle leghe a base di nickel, gli inserti in ceramica non possono essere applicati al titanio. Di conseguenza, una bassa temperatura di taglio è la chiave del successo, prestando attenzione anche alla forma dell’inserto e all’uso di refrigerante ad alta pressione. Un sistema di attrezzamento a cambio rapido, usato insieme a un portautensili con elevate specifiche, è inoltre necessario per garantire il supporto e la stabilità necessari con il disimpegno  corretto quando si lavorano particolari del collettore difficili da raggiungere, soprattutto su VTL. I VTL, naturalmente, offrono un grosso vantaggio perché consentono al refrigerante ad alta pressione di essere convogliato attraverso il ram, direttamente al mandrino. Questo significa che non ci sono restrizioni in termini di pressione del refrigerante, come avviene in caso di torni a torre e mandrini rotanti. Per quanto riguarda l’inserto, gli inserti tondi offrono la miglior accessibilità e produttività grazie al piccolo angolo di registrazione ed al ridotto spessore del truciolo. Tuttavia, per una tornitura di semi-sgrossatura altamente efficace negli spallamenti dei collettori, occorre un inserto che unisca i vantaggi degli utensili quadrati con angolo di attacco di 45° e utensili romboidali con angolo di attacco di 90°. Un inserto di questo tipo consente di aumentare avanzamento e velocità, con un possibile raddoppiamento della velocità di asportazione del metallo.

Spool
Gli spool presentano profonde camere interne e scanalature “a tulipano” esterne della lama. Le lame antivibranti utilizzate insieme a un portautensili ad elevate specifiche aiuta a superare la tendenza a vibrare, oltre a fornire un’efficace evacuazione del truciolo. Per lavorare le camere interne degli spool, che arrivano fino a 150 mm, sono necessari utensili lunghi e sottili. L’uso di sistemi con lama a dentatura ovale, normalmente con lame di altezza 100 mm, consente di ottenere la miglior erogazione di refrigerante, che aiuta a rimuovere i trucioli. In questo caso, la profilatura e l’esecuzione di tasche con strategie di tornitura trocoidale, usate insieme a un inserto di ceramica, possono ridurre il numero di passaggi di lavorazione necessari, consentendo spesso di raddoppiare la produttività poiché la maggiore resistenza all’usura ad intaglio permette maggiori profondità di taglio. Per altre operazioni di tornitura, un inserto in metallo duro che si inserisca nella stessa sede dell’inserto in ceramica riduce il numero di utensili e i tempi di setup. È preferibile una geometria che offra basse forze di taglio e un buon controllo del truciolo.

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Soluzione Coromant Capto VTL

Blisk e giranti
La lavorazione di questi componenti complessi è agevolata da centri di lavoro a cinque assi con buona dinamica simultanea. I materiali di lavoro più frequenti sono l’Inconel o il titanio.
Quando si sgrossano le scanalature di un girante in titanio, la tecnica di lavorazione migliore è la fresatura punto-punto. Poiché questa operazione richiede una fresatura di cave dal pieno, la profondità assiale del taglio è limitata a metà del diametro dell’utensile. Una fresa a testa sferica con inserti intercambiabili offre un perfetto equilibrio tra produttività ed economia. Quando si esegue la stessa operazione su giranti realizzati in Inconel, l’utilizzo di fresatura trocoidale con tecniche di lavorazione ad alta velocità si dimostra vantaggiosa. Si consiglia di programmare l’utensile con interpolazione nel taglio e in uscita poiché questo controlla l’arco di impegno, generando basse forze di taglio. Una fresa a candela con testa sferica con stelo “scaricato” a 50° offre profondità di taglio assiale doppia rispetto al diametro della fresa e piccole passate radiali.
Per la finitura dei profili della lama, la fresatura sul fianco (elevata profondità assiale del taglio) è la soluzione più rapida nei casi in cui il componente, il software CAM e l’utensile ne consentano l’uso. L’obiettivo è la sintesi di stabilità e accessibilità e le frese a candela con testa sferica sono un’ottima soluzione.

Il sistema di attrezzamento modulare CoroTurn SL70 presenta lame adatte alle caratteristiche di profilatura ed esecuzione di tasche tipiche
Il sistema di attrezzamento modulare CoroTurn SL70 presenta lame adatte alle caratteristiche di profilatura ed esecuzione di tasche tipiche

Dischi delle ventole
Realizzati in titanio, questi componenti hanno profonde camere interne e ampie scanalature “a tulipano”. Per la loro sgrossatura, il metodo più produttivo e sicuro è la scanalatura diretta. Vale la pena ricordare che è fondamentale selezionare un inserto con geometria in grado di dividere i trucioli in segmenti separati ed evitare situazioni di intasamento. Una volta rimosso il grosso del materiale, un inserto rotondo in metallo duro insieme a un profilo HPC e una robusta geometria del tagliente offrono i risultati migliori. Le scanalature a tulipano sono tradizionalmente eseguite mediante brocciatura, ma grazie alle nuove tecnologie è oggi possibile usare la fresatura. Le officine dovrebbero usare frese combinate personalizzate per una prima scanalatura e pre-formatura delle aperture, e frese a candela per profilatura per semi-finitura e finitura.

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Inserti in ceramica CC6060

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