MEP — zatępianie ostrych krawędzi przy produkcji lotniczej

Producenci przy obróbce detali wykorzystują operacje toczenia, frezowania i wiercenia. Jednakże te same procesy mogą prowadzić także do tworzenia zadziorów i niepożądanych ostrych krawędzi na brzegach elementów. Krawędzie te mogą powodować odłamywanie materiału podczas użytkowania części i ich osłabienie, a także stanowić zagrożenie dla operatorów. Ze względu na te negatywne aspekty wielu użytkowników końcowych uznaje zadziory i bardzo ostre krawędzie za powód do odrzucenia części dostarczanych przez dostawców.

Tradycyjnie producenci usuwają zadziory i ostre krawędzie przy użyciu szlifierek ręcznych i innych procesów manualnych. Metody takie są powolne i wymagają wyjęcia części z obrabiarki i ponownego jej montażu po stępieniu ostrych krawędzi lub fazowaniu. Operacje te, nawet w przypadku wykonywania przez wyszkolonych pracowników, nie charakteryzują się wystarczającą spójnością pomiędzy częściami.
Wydajną alternatywą dla ręcznego stępiania ostrych krawędzi jest mechaniczne profilowanie krawędzi (MEP). W procesie MEP nieakceptowalne krawędzie eliminuje się za pomocą specjalnego narzędzia i obrabiarek stosowanych do obróbki elementów. MEP oferuje liczne korzyści. Umożliwia dokładne zdefiniowanie ostatecznego kształtu krawędzi i zaprogramowanie go w systemie CAM obrabiarki, co zapewnia maksymalną powtarzalność. Redukuje łączny czas produkcji, ponieważ eliminuje konieczność wyjmowania i ponownego mocowania części w obrabiarce, jak również niespójności, montażu i konfiguracji. W reakcji na ten trend, obecnie producenci narzędzi skrawających tworzą nowe, wydajne narzędzia podnoszące korzyści procesu MEP.

Podstawowi kandydaci do procesu MEP
Zważywszy na rosnące, rygorystyczne wymagania przemysłu lotniczego odnośnie do spójności i dokładności części, do stosowania procesów MEP idealnie nadają się elementy samolotów odrzutowych.
Na przykład, elementy lotniczych silników turbinowych są dzielone ogólnie na obrotowe i nieobrotowe. Procesy MEP nieobrotowych elementów silników, takich jak bębny i obudowy, obejmują zazwyczaj standardowe fazowanie i obróbkę krawędzi przy użyciu narzędzi stosowanych do obróbki części.
W przypadku najważniejszych elementów obrotowych, takich jak wentylator i tarcze sprężarek, klienci stosują znacznie wyższe standardy i wymagają całkowitej eliminacji niedoskonałości powierzchni. Powierzchnie przechodzą zazwyczaj proces testowania i certyfikacji w laboratoriach. Producenci narzędzi stworzyli specjalistyczne narzędzia MEP do usuwania zadziorów z tego typu elementów, charakteryzujące się wysoką dokładnością, pełną powtarzalnością i możliwościami dostosowania.

Rozwój narzędzi MEP
Standardowe narzędzia do usuwania zadziorów i profilowania, np. stosowane dla elementów nieobrotowych, obejmują powlekane, fazujące frezy walcowo-czołowe z węglików spiekanych o krawędziach skrawających 45° i 60°, jak również narzędzia wykorzystujące płytki wymienne do zapewnienia fazowania pod kątem 45° i 60°.

Seco 1

Standardowe narzędzia do usuwania zadziorów i profilowania wykonane z węglików spiekanych, takie jak wyprodukowane przez firmę Seco, są stosowane do elementów nieobrotowych i często charakteryzują się krawędziami skrawającymi 45° i 60°.

W przypadku najważniejszych zastosowań, producenci narzędzi oferują narzędzia przeznaczone specjalnie do profilowania krawędzi i usuwania zadziorów na wlocie i wylocie otworów. Niektóre narzędzia łączą te możliwości i mogą usuwać zadziory z obu krańców.
Te niestandardowe narzędzia często charakteryzują się złożonymi geometriami skrawania. Najbardziej zaawansowane posiadają krawędzie, które wytwarzają fazy o krawędzi promieniowej, z kątami przystawienia, które zapobiegają tworzeniu zadziorów wtórnych.

Seco 2Producenci narzędzi, tacy jak firma Seco, tworzą specjalne narzędzia do profilowania krawędzi i usuwania zadziorów na wlotach lub wylotach otworów w najważniejszych komponentach.

Tworzenie wyspecjalizowanych narzędzi wykracza poza same krawędzie skrawające.
W przypadku profilowania zadziorów i krawędzi na wejściu otworu lub też powierzchni górnej elementu, badania pokazują, że połączenie prawego ostrza z prawą spiralą cechuje się najwyższą wydajnością, ponieważ umożliwia usuwanie skrawanego materiału z części. Z drugiej strony, w przypadku zadziorów na wyjściu na dolnej powierzchni części najlepiej sprawdza prawe ostrze ze spiralą lewoskrętną, również dlatego, że taka konfiguracja odprowadza wióry
z dala od elementu.
Analizy innych zastosowań pokazują, że narzędzia MEP zaprojektowane pod kątem usuwania zadziorów z powierzchni górnych lub wejścia otworu charakteryzują się trwałością wyższą, niż narzędzia do usuwania zadziorów z powierzchni dolnych lub wyjść otworów. Wynika to z faktu, że narzędzia do usuwania zadziorów zaprojektowane do sięgania przez część do wylotu otworu są z założenia dłuższe i cieńsze niż narzędzia stworzone z myślą o pracy tylko z jednej strony otworu. Dłuższe narzędzia o mniejszej średnicy są bardziej podatne na niestabilność i wibrację, co może prowadzić do kruszenia lub łamania narzędzi węglikowych. W wyniku tego większość warsztatów decyduje się na zastosowanie osobnych narzędzi do usuwania zadziorów z poszczególnych stron otworów, zamiast jednego narzędzia do obu tych celów.
Dłuższe narzędzia o mniejszej średnicy wymagają także większej uwagi przy wyborze parametrów skrawania. Krótkie, mocne narzędzie może pracować z wyższą prędkością bez wibracji i innych problemów. Różnice powoduje też geometria i charakterystyka części.
W przypadku stabilnych warunków skrawania oraz płynnych, nieprzerwanych ruchów można stosować bardziej agresywne parametry skrawania. Z drugiej strony, elementy części takie, jak otwory dostępowe, które przerywają ścieżki skrawania MEP, wymagają zastosowania bardziej zachowawczych parametrów, które minimalizują zużycie narzędzia i zapobiegają przedwczesnym awariom.
W ramach nieustającego udoskonalania narzędzi MEP tworzone są narzędzia, które jednocześnie obrabiają część i usuwają z niej zadziory. Na przykład, krawędź skrawająca MEP może znajdować się na szczycie frezu walcowo-czołowego, co pozwala na równoczesną obróbkę średnicy otworu i usuwanie zadziorów z jego krawędzi wejściowych.

Wyzwania związane z materiałami
Wiele materiałów stosowanych w przemyśle lotniczym stawia dodatkowe wymagania odnośnie do usuwania zadziorów i fazowania ostrych krawędzi ze względu na charakterystykę obróbki.
Na przykład, stopy niklowe stosowane w elementach silników charakteryzują się ciągliwością i słabą przewodnością cieplną. W związku z tym ciepło generowane w procesach skrawania jest absorbowane przez narzędzie skrawające, obniżając jego trwałość.
W związku z tym podczas definiowania metalurgii i geometrii narzędzia producenci narzędzi dążą do równowagi między ostrością i wytrzymałością krawędzi. Podłoże z twardych węglików może cechować się dobrą odpornością na zużycie termiczne i ścieranie, ale brak mu odporności na uderzenia, charakteryzującej podłoże z dodatkiem kobaltu lub innego materiału stopowego, który podnosi jego ciągliwość. Podobnie, niezwykle ostra krawędź skrawająca może być podatna na odłamywanie znacznie bardziej niż elementy o krawędziach zaokrąglonych. Producenci narzędzi regulują także kąty natarcia i linii śrubowej oraz powłoki narzędzi w celu uzyskania najlepszych rezultatów w obróbce określonych materiałów.

Wielkość narzędzia
W przypadku obróbki dużych otworów i krawędzi producenci narzędzi mogą projektować narzędzia o dowolnej wielkości, dla których dostawcy mogą zapewnić półwyrób o odpowiedniej wielkości. Istnieją jednak ograniczenia odnośnie do mniejszych elementów. Obecnie najmniejszy promień obróbki wynosi 0,2 mm z proporcjonalnie mniejszymi początkowymi i końcowymi kątami przystawienia.
Niestandardowe narzędzia MEP charakteryzują się konkretnymi promieniami, fazami, kątami i kombinacjami tych cech. Narzędzia te posiadają zazwyczaj kształt walcowo-czołowy. Jednakże dostępne są także narzędzia z pełnym promieniem i kuliste, umożliwiające profilowanie elementów, których kontury ograniczają zastosowanie narzędzi MEP o walcowo-czołowych.
W przypadku montażu w obrabiarce pięcioosiowej narzędzia te umożliwiają skanowanie kompleksowych profili części i tworzenie promieni na długich, konturowanych krawędziach.

Procesy MEP w praktyce
W celu osiągnięcia maksymalnej dokładności i spójności oraz ograniczenia czasu poświęcanego na przenoszenie części między obrabiarkami, producenci wykonują zazwyczaj procesy MEP w ramach właściwej operacji obróbki części.
Usuwanie zadziorów następuje zazwyczaj po zakończeniu wszystkich operacji obróbki. Program CAM programuje narzędzia MAP na usunięcie zadziorów ze wszystkich otworów oraz załamanie ostrych krawędzi. Niektóre narzędzia MEP umożliwiają usuwanie zadziorów z szerokiej gamy otworów, a część narzędzi profilujących można stosować w trzech lub czterech różnych lokalizacjach i miejscach, takich jak dolna część otworu oraz dolna krawędź konturu muszelkowego.
W celu zapewnienia, że profilowanie krawędzi zachodzi w odpowiednim miejscu i we właściwym stopniu, przed rozpoczęciem operacji MEP należy zdefiniować lub zmierzyć otwór lub element. W przypadku bardzo niewielkich tolerancji części lokalizacja części jest dobrze zdefiniowana, co może eliminować konieczność prowadzenia pomiarów w trakcie procesów. Jednakże w przypadku szerokich tolerancji konieczne jest przeprowadzenie pomiarów po obróbce wstępnej w celu określenia położenia krawędzi lub fragmentu wymagającego profilowania.
Dodatkowo konieczne jest przeprowadzenie pomiaru i zlokalizowanie samego narzędzia w celu zapewnienia poprawnego profilowania części. Narzędzia charakteryzują się małymi promieniami (praktycznie niemierzalnymi), w związku z czym długość narzędzia jest definiowana w programie CAM. Operator może potwierdzić długość narzędzia poza obrabiarką przy użyciu presettera lub na obrabiarce przy użyciu sondy laserowej lub dotykowej. Prędkość posuwu jest obliczana względem zmierzonych wymiarów elementów części i narzędzia. Najbardziej zaawansowane, niestandardowe narzędzia do usuwania zadziorów są mierzone całkowicie przez producentów z tolerancją do 40 mikronów na całym profilu, z uwzględnieniem bicia.
Operacje stępiania ostrych krawędzi i fazowania należy traktować jako etap wykańczający,
z koncentracją na jakości. Wydajność jest zawsze ważna, ale zwłaszcza w przypadku elementów dla przemysłu lotniczego wartych setki tysięcy euro, koncentracja na wydajności może mieć negatywne i kosztowne konsekwencje. Kluczowa jest spójność, niezawodność i eliminacja odpadów.

Seco 3

Seco 4

Proces MEP, uznawany obecnie za operację wykańczającą, wykorzystuje program CAM elementu obrabianego, który programuje narzędzia na usunięcie zadziorów ze wszystkich otworów oraz załamanie ostrych krawędzi. Niektóre narzędzia MEP mogą być stosowane w trzech lub czterech różnych lokalizacjach lub fragmentach tej samej części.

 

Wnioski
Elementy o ostrych krawędziach i zadziorach wykraczających poza specyfikacje są coraz częściej uważane za drogi złom. Podejście to jest widoczne szczególnie w branży lotniczej, ale zdobywa popularność także w branży medycznej, energetycznej i innych. Producenci potrzebują metody usuwania zadziorów z komponentów i profilowania krawędzi części, która charakteryzuje się spójnością, możliwością dokumentowania i opłacalnością. Procesy mechanicznego profilowania krawędzi (MEP) spełniają te potrzeby, zastępując operacje ręczne, które zawsze charakteryzują się niespójnością i wysokimi kosztami pracy, konfiguracji i obsługi części. Niektórzy użytkownicy zakazali już stosowania ręcznego usuwania zadziorów, ponieważ nie pozwala ono na dokumentowanie i certyfikację.
Najbardziej wydajne i opłacalne procesy MEP powstały w wyniku połączenia projektowania inżynierskiego i doświadczenia praktycznego. Producenci narzędzi, którzy są w stanie zaoferować takie kompletne rozwiązanie pomagają w usprawnieniu procesów branży lotniczej (oraz podobnych procesów w innych krytycznych branżach) oraz osiąganiu wyższych poziomów jakości i produktywności.

MEP w działaniu
Procesy mechanicznego profilowania krawędzi zapewniają producentom korzyści w różnych zastosowaniach.
W jednym z przykładów producent wytwarzał element ze stali nierdzewnej 303 na obrabiarce dwuwrzecionowej. W miarę wzrostu wolumenu części i wielkości serii rosły także wymagania związane z produktywnością. Operacje nie były zrównoważone i zajmowały wiele czasu, 90 procent obróbki następowało na wrzecionie głównym, a proces wymagał ręcznego usuwania zadziorów w dolnej partii części, powodując konieczność dodatkowego konfigurowania. Zastosowanie przez producenta specjalistycznego narzędzia MEP z węglików spiekanych na wrzecionie dodatkowym obrabiarki umożliwiło równoczesne profilowanie obu stron otworów na śruby w kołnierzu elementu. Zrównoważyło to wykorzystanie obu wrzecion i skróciło czas cyklu. Zastosowanie narzędzia MEP wyeliminowało także konieczność ręcznego usuwania zadziorów oraz powiązaną z nim dodatkową konfigurację i pracochłonność.
Inny przypadek obejmował wybór pomiędzy fazowaną (płaską) obróbką krawędzi oraz krawędzią promieniową (zaokrągloną). Niektóre części nie charakteryzują się konkretnymi wymaganiami, w związku z czym krawędzie można wytwarzać przy użyciu różnych narzędzi. Jednakże jeden z producentów przekonał się, że zastosowanie promienia zamiast fazy wydłużyło trzykrotnie trwałość części w porównaniu z częściami fazowanymi. Teoretycznie drobna zmiana narzędzia znacznie podniosła jakość części.
Z kolei operacja produkcji tarczy wentylatora z TiAl-4V stanowi doskonały przykład zastosowania narzędzia do konturowania MEP. Producent obrabiał tarcze przy użyciu węglikowych noży kształtowych w uchwycie krzywkowym. Prowadziło to do niskiej jakości wykończenia powierzchni w losowych miejscach wokół tarczy i otworu, problem ten był niespójny i różnił się stopniem i częstotliwością. Producent zastosował powlekany frez z węglików spiekanych o średnicy 10 mm, 10-zębowy z ostrzem centralnym kulisty o prawoskrętnej powierzchni śrubowej 30˚. Narzędzie wyeliminowało problemy z wykończeniem powierzchni oraz umożliwiło znacznie szybsze wykańczanie obu stron tarczy.

Autorzy:
Teun van Asten, specjalista ds. usług marketingowych, Seco Tools
Jan Willem van Iperen, inżynier aplikacyjny ds. frezowania pełnego, Seco Tools

 

www.secotools.com

Authors

Related posts

Góra
English