Chłodzenie ciekłym azotem zwiększa trwałość narzędzi skrawających

©

Udostępnij:

Odporność stopów tytanu na wysoką temperaturę czyni z nich cenny materiał konstrukcyjny i oferuje coraz to nowe zastosowania. Ich trudno obrabialny charakter drastycznie jednak obniża trwałość wykonanych z nich narzędzi. Zdecydowany zwrot w tej sprawie oferuje nowatorska technika chłodzenia ciekłym azotem.

Trudno obrabialny charakter stopów niklu i tytanu sprawia, że wszelkie metody obróbki wiórowej stają się technologicznym wyzwaniem. Wymagają tym samym nowych strategii i narzędzi wobec drastycznego spadku ich trwałości, a więc odpowiednich powłok ochronnych i chłodzenia. Wysoka temperatura skrawania stopów tytanu narzuca bowiem konieczność bardzo intensywnego chłodzenia, co oznacza, że tzw. zabiegi obróbki na sucho mogą mieć tylko incydentalny charakter. Ale nawet intensywne chłodzenie cieczą pod wysokim ciśnieniem nie jest w stanie zapobiec szybkiemu zużyciu narzędzi. Jedynym skutecznym sposobem obniżenia temperatury skrawania stopów tytanu i ograniczenia skutków termicznego zużycia wykonanych z nich narzędzi może być schładzanie kriogeniczne z wykorzystaniem ciekłego azotu o temperaturze -190°C.



Wzrost produktywności
Zaletą stopów tytanu jest ich wysoka wytrzymałość mechaniczna w przedziale temperatur do +550°C, jak i odporność na korozję. Są więc idealnym wprost materiałem do produkcji elementów turbin gazowych: wirników i łopatek, ale nie tylko. Zaznaczono je na wybranym dla przykładu przekroju silnika samolotu Airbus A 380 (ilustracja 2). Stopy tytanu stosuje się głównie na łopatki sprężarek, a stopy niklu na łopatki turbin. Tytanem wzmacnia się też niektóre elementy z aluminium narażone na temperaturę powyżej +130°C, bo jego wytrzymałość nie jest w stanie przenieść wymaganych obciążeń. Materiały takie przybierają wówczas postać spieków kompozytowych.



Obróbka wiórowa tytanu należy do trudnych
Fizyczne i mechaniczne właściwości tytanu bardzo utrudniają obróbkę wiórową. Przy wysokiej wytrzymałości na zrywanie tytan słabo się wydłuża - jest więc kruchy. Niekorzystną jego cechą jest też niski współczynnik przewodzenia ciepła (10 do 20% przynależnego stali) - czyli silnie nagrzewa się miejscowo. W porównaniu ze stalą 42CrMo4 zmusza więc do odprowadzenia większej o 20-30% ilości ciepła. Na skutek powinowactwa chemicznego tytan chętnie wchodzi w związki z metalami powłok ochronnych. W warunkach wysokich temperatur skutkuje to dyfuzyjnym zużyciem narzędzi.
Typowym dla skrawania stopów tytanu jest wiór odpryskowy, a więc pulsujący charakter mechanicznych i termicznych obciążeń o niszczącym zmęczeniowo działaniu, zwłaszcza przy dłuższych cyklach pracy. Dlatego w procesach toczenia stopów tytanu stosuje się narzędzia wykonane z węglików spiekanych z grupy S, tj. bez powłok ochronnych i prędkość skrawania 50-90 m/min.
W dążeniu do maksymalnego obniżenia temperatury skorzystać można z kriogenicznych metod chłodzenia narzędzi. Do dyspozycji są tu takie media jak: ciekły wodór (punkt wrzenia: 20,268 K = -252,882°C); ciekły azot LN2 (punkt wrzenia: 77,35 K = -195,80°C), ciekły tlen (punkt wrzenia: 90,18 K = -182,97°C) oraz suchy lód, czyli zestalony dwutlenek węgla (punkt sublimacji: 194,5 K = -78,5°C). Ze względów jednak praktycznych i bezpieczeństwa najlepiej kwalifikuje się do tego ciekły azot (LN2) i suchy lód.

Więcej na ten temat przeczytacie Państwo w MM Magazynie Przemysłowym 6/2011 

Udostępnij:

Drukuj



MM Magazyn Przemysłowy Online

MM Magazyn Przemysłowy jest tytułem branżowym typu business to business, w którym poruszana jest tematyka z różnych najważniejszych sektorów przemysłowych. Redakcja online MM Magazynu Przemysłowego  przygotowuje i publikuje na stronie artykuły techniczne, nowości produktowe oraz inne ciekawe informacje ze świata przemysłu i nie tylko.




TOP w kategorii






Chcesz otrzymać nasze czasopismo?
Zamów prenumeratę
Zobacz również