Succesvol bewerken van titanium

De nieuwste generatie profileermachines van machinebouwer Fives Cincinnati vestigt records op het gebied van metaalverspaning bij het bewerken van titanium, onder meer dankzij de KM4X100 spilopnamen van Kennametal.

Voor fabrikanten van vliegtuigen en componentenleveranciers die werken met moeilijk verspaanbare materialen kan vertraging van productie leiden tot het annuleren van orders en overstappen op beter toegeruste fabrikanten. Een technologieleverancier die dit als geen ander weet, is Fives Cincinnati waarvan de vestiging in Hebron, Kentucky bewerkingscentra, fiber placement systemen en meerspillige profileermachines produceert. Met meer dan 650 profileermachines geïnstalleerd over de gehele wereld vliegt er geen commercieel vliegtuig dat niet in contact is geweest met een Cincinnati profileermachine, zegt de onderneming.

Krachtige reuzen
Leverbaar in portaaluitvoeringen met drie en vijf spillen is de nieuwste generatie van deze krachtige reuzen – de Cincinnati XTi profileermachine – indrukwekkend. Ontwikkeld voor fabrikanten die uiteenlopende materialen bewerken, kunnen spillen met een toerental van 7000 min-1 aluminium en staal bewerken, terwijl spillen met een hoog koppel (2523 Nm) ter beschikking staan voor de bewerking van titanium en andere harde legeringen. De XT, ‘het enige meerspillige programma voor het ruw bewerken van titanium’, vestigt een record op het gebied van metaalverspaning bij het bewerken van titanium met meer dan ruim 16.000 mm3 per minuut. Deze robuuste machines met een X-as verplaatsing van 4267 mm (uit te breiden met stappen van 3658 mm), een Y-as verplaatsing van 3683 mm en een Z-as verplaatsing van 711 mm, vestigen nu nieuwe records met de KM4X100 spilopnamen van Kennametal.

Van zwakste schakel tot sterkste eigenschap
Of het nu gaat om het profileren op grote portaalmachines of frezen op kleinere bewerkingscentra, het bewerken van sterke materialen is altijd een uitdaging. De bewerking van harde legeringen onder de druk van productie-efficiëntie, betekent het maximaliseren van de hoeveelheid verspaand metaal bij lage snijsnelheden en aanzienlijke snijkrachten. Bouwers van gereedschapmachines zoals Fives hebben gereageerd met gespecialiseerde frees- en profileermachines met een verhoogde stijfheid en demping van de spillen en omvangrijke machinestructuren. Hoewel deze verbeteringen hebben bijgedragen aan een grotere productiviteit was het zwakste punt, als vanouds, de spilopname.

De verbinding tussen spil en gereedschap, de ‘handshake’ tussen de gereedschapmachine en het verspanend gereedschap, bepaalt hoeveel materiaal de machine kan verwijderen. Dit komt omdat deze opname hoge belastingen moet opvangen en toch zijn stijfheid moet behouden tot de gereedschap doorbuiging te hoog is of het gereedschap begint te trillen. Spillen mogen dan wel in staat zijn om een aanzienlijk koppel over te brengen, maar snijkrachten genereren eveneens buigmomenten die de grenzen van de koppeling zullen overschrijden voordat de koppellimiet is bereikt. Dit wordt duidelijk bij freestoepassingen met typerend grotere uitsteeklengten – de beperkende factor is de buigcapaciteit van de spilkoppeling. Een spiraalfrees met een uitsteeklengte van 250 mm en een diameter van 80 mm genereert een buigmoment van 4620 Nm en een koppel van minder dan 900 Nm bij het verspanen van 360 cm3/min van Ti6Al4V bij een radiale snedediepte van 12,7 mm en een axiale hoogte van 63,5 mm.

Door een hoge klemkracht te combineren met geoptimaliseerde koppelingsniveaus biedt de nieuwste generatie van Kennametals spilopnamen KM4X een robuuste koppeling, een extreem hoge stijfheid en buigvastheid. Voor bewerkers van titanium en hoge treksterkte legeringen, een belangrijk verbeterde prestatie, die extreem hoge materiaalverspaning en meer productie mogelijk maakt.

Voegt meer toe aan machineontwerp
Samen met Kennametals senior accountmanager Mike Malott begon Robert Snodgrass, applications engineer bij Fives Cincinnati, ongeveer vier jaar geleden met de evaluatie van de KM4X. “De techniek is indrukwekkend.”

“Zelfs bij een verspaningsvolume van 645 cm3 per minuut bleef de buigweerstand in de testprocedures voor de XT profileermachines met KM4X ver beneden de theoretische limieten van de machine”, voegt Snodgrass eraan toe. En hij merkt op dat eerdere tests met grote CAT60-conus opnames en de 50-conus versies net zoveel verschillen als de besturing van een tank en een terreinwagen. Maar de KM4X realiseerde dubbele verspaningsvolumes in vergelijking met de bijna 2 maal zo zware CAT60 opname.

“Dit wijzigt het ontwerp van spil en machine aanzienlijk”, zegt Ken Wichman, Fives Cincinnati product manager. De grotere buigweerstand van de KM4X maakt lichtere gereedschappen mogelijk vergeleken met CAT of HSK gereedschappen met een gelijke buigweerstand. Ook ergonomisch gezien biedt dit de bediener een enorm voordeel. Voor klanten die kiezen voor automatisering kan men met de kleinere KM4X meer gereedschappen opnemen.”

“We zijn er trots op dat we onze klanten productief houden”, voegt Fives Cincinnati’s Vice President Mark Logan toe. “Een krachtiger spilopname als KM4X leidt niet alleen tot een nieuw machineontwerp, ze kan ook een belangrijke stimulans zijn voor bestaande machines in het veld. Dit geeft ons de kans om een aanzienlijke verbetering te bieden bij aanpassing van oudere systemen terwijl bij toekomstige profileermachines de grenzen verlegd worden.”

Analyse van de bobslee-snede
Mike Malott, Kennametal senior accountmanager, heeft jaren in het veld besteed waarvoor hij de ‘familie’-status heeft verworven op de Fives Cincinnati productievloer. Hij heeft ook opgemerkt dat de Fives ‘bobslee-snede’ om de prestaties van het snijgereedschap te bepalen een rondgang heeft gemaakt door de industrie.
“Om een nieuwe configuratie echt grondig te beproeven moesten we een extreem uitdagende test ontwerpen – echt iets waarvoor het gereedschap niet bedoeld was”, zegt application engineer Robert Snodgrass.
Als resultaat volgde het gereedschap een continu diepe curve door een titanium werkstuk, vergelijkbaar met het traject van een bobslee. “We wilden het maximale halen uit de snijdiepte en het koppel in een simultaan bewegende snede, waarbij de machine continu en het spil- en snijgereedschap op iedere denkbare wijze werden belast.”