Uusia korkeuksia uusille materiaaleille

Kehitettäessä edistyksellisiä työkaluja ilmailu- ja avaruustekniikan komponenttien työstöön tarvitaan joskus vain yksinkertainen mikroskooppi ymmärtämään, miten materiaali on vuorovaikutuksessa leikkaustyökalun kanssa.

Ilmailu- ja avaruusteollisuuden edistysaskeleet liittyvät usein materiaalien kehitykseen - erityisesti uusien materiaalien lujuus-painosuhteeseen ja lämpötilankestävyyteen.

Nykyään ilmailu- ja avaruustekniikan moottoreissa käytettävät materiaalit ovat lämmönkestäviä superseoksia eli HRSA-materiaaleja, jotka ovat monimutkainen sekoitus erikoismetalleja - nikkeliä, kobolttia, rautaa ja joitakin TiAl (titaanialuminidi)-pohjaisia seoksia - ja jotka tarjoavat ratkaisevia etuja, kuten korkeiden käyttölämpötilojen mahdollistamisen. Monet näistä komponenteista ovat muodoltaan monimutkaisia ja ne voidaan 3D-tulostaa. Tämä puolestaan luo uusia valmistusmahdollisuuksia ja -haasteita Sandvik Coromantin kaltaisille työstökoneiden valmistajille.

Työkalujen suunnittelun juju

Siitä lähtien, kun miehitetyt lentokoneet alkoivat lentää puusta ja kankaasta valmistetuilla lentokoneilla, valmistajien tavoitteena on ollut pienentää lentokoneen painoa. Vuosien mittaan alumiini- ja titaaniseosrakenteet korvasivat puun ja kankaan, ja lopulta mukaan tulivat hiilikuitu ja komposiitit.

Verrattuna raudan kaltaisiin vakiomateriaaleihin nykyisillä HRSA-materiaaleilla on kaikissa kemiallisissa ja fysikaalisissa muunnelmissaan häilyviä ominaisuuksia. Tarvitaan entistä kehittyneempiä työkaluja, jotta ilmailu- ja avaruustekniikan komponentit voidaan leikata ja viimeistellä erissä, jotka ovat valmistajille taloudellisesti ja teknisesti järkeviä.

Checking wear under the microscope.

"Leikkaustyökalujen suunnittelun juju on aina ollut lisätä työkalun käyttöikää vähentämällä kulumista ja samalla saavuttaa korkeammat leikkausnopeudet", sanoo Sandvik Coromantin johtava T&K-insinööri Stina Odelros. "Ilmailu- ja avaruusteollisuus vaatii kuitenkin erittäin korkeita komponenttien toleransseja, eikä prosessissa ole joskus mahdollisuutta vaihtaa työkalua, joten kehitämme jatkuvasti uusia, entistä suorituskykyisempiä työkaluja. Meidän on tiedettävä, minkä kanssa asiakkaamme kamppailevat, ja sitten yritämme ratkaista heidän ongelmansa."

Materiaalien jatkuva hienosäätö

Odelros kertoo, että lentokoneiden valmistajat ja toimittajat virittävät jatkuvasti materiaaleja, kuten HRSA:ta ja muita seossekoituksia, näiden tavoitteiden saavuttamiseksi. Painorajoitusten lisäksi moottorin osan on kestettävä jopa miinus 60 celsiusasteen ulkoilman lämpötiloja ja moottorin sisäisiä noin 2 000 celsiusasteen lämpötiloja.

Työkalujen kehittäminen tätä vaativaa alaa varten on hankalaa. Ainoa tapa nähdä, miten työkalu toimii, on tarkastella käytettyjä inserttejä mikroskoopin alla niiden kulumista. "Kaikkia näitä materiaaleja ei ole saatavilla markkinoilta, joten olemme riippuvaisia yhteistyöstä tärkeimpien asiakkaiden kanssa, jotta saamme tietää, miten insertit toimivat", Odelros sanoo.

T&K-työn ydin

Odelrosin mukaan 3D-tulostettua, taottua tai valettua lentokoneen komponenttia ei voi sorvata, jyrsiä, viimeistellä tai porata aiemmin käytetyllä työkalulla. Joskus suuren ja kalliin moottorin osan työstäminen voi kestää viikon tai kaksi, ja jokaisen työstökerran on oltava jatkuva, jotta vältytään rakenteellisilta puutteilta. Työkalun rikkoutuminen kesken prosessin ei ole hyväksyttävää, koska se voi johtaa osan rikkoutumiseen. Moottorin osan vikaantuminen voisi olla katastrofaalinen, jos se tapahtuisi ilmassa.

Senior R&D Engineer Stina Odelros.

Odelros tutkii mikroskoopilla kontrolloidun kulumisen lisäksi kulumisen kokoa ja sitä, esiintyykö ennalta arvaamattomampia kulumistyyppejä, kuten lohkeamia tai murtumia, jotka pahimmassa tapauksessa voivat johtaa kalliisiin tuotantohäiriöihin.

Tämä on T&K-työn ydin. Vaikka kovametallilevy ei ole tavallista sormenkynttä suurempi, sen rakenteen muunnelmat - kulmat, alustat, pinnoitteet, materiaalin koostumus, kiderakenne ja käsittelyt, kuten kemiallinen tai fysikaalinen höyrystys - ovat lähes rajattomat. Oikealla yhdistelmällä ja yhdistelmällä voidaan saada räätälöityjä tuloksia asiakkaan erityisiin käyttötarkoituksiin.