Nieuwe Beyond EADE™ massieve keramische schachtfrezen van Kennametal verleggen de grenzen voor snelheid en levensduur bij het bewerken van nikkelgebaseerde hoge-temperatuur legeringen

Industriële toepassing laat buitengewone reducties zien bij de bewerking van turbineschoepen en andere componenten in de energie- en aerospacesector

     Nieuwe Beyond KYS40 volkeramische schachtfrees met zes spiraalgroeven van Kennametal.

Misschien is de meest fundamentele aanname in de verspaningstechnologie wel dat het bewerken van materialen met een hoge sterkte ook sterkere gereedschappen vergt. Speciale nikkelgebaseerde legeringen die worden toegepast in gas- en stoomturbines behoren tot 's werelds sterkste materialen, die continu in ontwikkeling zijn om energiecentrales in staat te stellen om bij veel hogere temperaturen te opereren. Dit biedt de gebruikers niet alleen meer vermogen, maar verhoogt ook de efficiëntie van de installatie en vermindert of elimineert schadelijke emissies. Superlegeringen zoals Inconel^®, Rene^® en andere komen in het spel bij turbineschoepen en andere onderdelen die een hoge sterkte vereisen, een hoge kruipweerstand bij hoge temperaturen, fasestabiliteit, en weerstand tegen oxidatie en corrosie.

De bewerking van zulke materialen kan echter een traag, bewerkelijk en kostbare aangelegenheid zijn. In het algemeen is de levensduur van hardmetalen gereedschappen bij snelheden tussen 20 tot 60 m/min in dergelijke materialen beperkt. De nieuwe Beyond KYS40™-soort volkeramische schachtfrezen van Kennametal laten echter significante verbeteringen zien bij de bewerking van hogesterkte-nikkelgebaseerde legeringen, ruw voorbewerken bij snijsnelheden tot 3.300 min-1, met een levensduur twee tot drie maal langer dan bij vergelijkbare volhardmetalen gereedschappen.

Industrie vroeger en nu
Snijgereedschappen vervaardigd van keramiek, hoofdzakelijk aluminiumoxide (Al2O3) bestaan al sinds de vroege 20e eeuw. Patenten op keramische snijgereedschappen werden in Duitsland in 1913 verleend en werden commercieel verkrijgbaar in de Verenigde Staten in de jaren vijftig. Keramische wisselplaten hebben tegenwoordig bestaansrecht omdat ze kunnen worden ingezet bij hogere snelheden in speciale toepassingen, maar volkeramische schachtfrezen werden zelden toegepast want deze zijn brosser dan hardmetalen gereedschappen en presteerden niet al te best. In feite hebben veel turbinefabrikanten de productie van hun eigen hardmetalen schachtfrezen in huis ter hand genomen vanwege het hoge verbruik van deze gereedschappen.

Kennametals nieuwe SiAlON KYS40 keramiek-type en het gehele ontwerp van de volkeramische schachtfrees biedt nu de meest effectieve manier om nikkelgebaseerde hoge-temperatuurlegeringen ruw voor te bewerken. "Snijsnelheden bij nikkelgebaseerde superlegeringen kunnen oplopen tot twintig maal die van hardmetalen schachtfrezen, en vanwege de uitstekende hitteweerstand en sterkere snijkanten (negatieve spaanhoek) kan de levensduur van het gereedschap vijf keer langer of meer zijn," zegt Thilo Mueller, global product manager bij Kennametal.

De KYS40 volkeramiek schachtfrezen zijn in twee uitvoeringen verkrijgbaar, een versie met zes spiraalgroeven voor vlakfrezen en profileren en een versie met vier spiraalgroeven en een verjonging voor gleuf- en kamerfrezen. Beide productlijnen maken helicoïdaal frezen mogelijk, helicoïdale interpolatie alsmede trochoïdale bewerkingsstrategieën.

De slijtagemechanismen en slijtage-indicatie bij de volkeramische schachtfrezen zijn volkomen verschillend van die van hardmetaal, waardoor keramische schachtfrezen kunnen opereren ver voorbij het punt waarbij hardmetalen gereedschappen zouden moeten worden vervangen. Dat is ook de reden dat deze nieuwe KYS40-soort schachtfrees een wegwerptype gereedschap is dat ingezet kan worden bij buitengewone slijtagevormen.

Bewerking van turbineschoepen
Of het nu wordt aangedreven door fossiele brandstoffen, waterkracht of kernenergie, bijna al het elektrische vermogen op aarde wordt opgewekt door een turbine van het een of andere type. Produceren, beheren en onderhouden van deze kritische componenten zijn vitaal om het vermogen op peil te houden.

Dit legt een zware druk op fabrikanten om voortdurend hun bewerkingsstrategieën up-to-date te houden. Vele factoren hebben hier invloed op: zijn grote aantallen gelijke schoepen vereist of kleine volumes van verschillende schoepontwerpen? Zijn meerdere instellingen en bewerkingscentra betrokken of enkelvoudige meerassige multi-tasking machines? Welk CAD/CAM-systeem wordt gebruikt en waaruit bestaat de deskundigheid van de bedieners?

En, natuurlijk, wat is de beste gereedschapkeuze voor de bewerkingen? Recente testresultaten waarbij de nieuwe KYS40 volkeramische schachtfrees was betrokken bieden veel inzicht.

In de eerste plaats kennen zowel de vier- als de zesspiraalsversie van KYS40 frees een grotere kerndiameter waardoor de gereedschapstijfheid verbetert en de doorbuiging bij hoge snijsnelheden vermindert. De geoptimaliseerde uiteindegeometrie en een 40° spiraalhoek verhogen de afschuifsterkte en de spaanafvoer.

Bij het ruw voorfrezen van het profiel van een kleine turbineschoep vervaardigd van Inconel 718, droogbewerkt, werd de EADE met vier spiraalgroeven ingezet met een snelheid van 645 m/min en een voeding van 0,03 mm/tand. De snedediepte was 0,5 mm, de snedebreedte 11,4 mm. Vergeleken met een conventionele oplossing ging de EADE frees met vier spiraalgroeven drie keer langer mee terwijl het ruw voorbewerken minder tijd kostte. Deze toepassing resulteerde in een verdrievoudiging van het aantal producten per frees.

De EADE volkeramische schachtfrees met zes spiraalgroeven werd getest bij het profileren van een 'blisk' (een in de schoep geïntegreerde schijf) vervaardigd van Inconel 718 en ingezet met perslucht voor het afvoeren van de spanen. Anders dan conventioneel hardmetalen gereedschap, creëert het ruw voorfrezen naar 'near net shape' bramen die dichter in de buurt van stof komen dan de traditionele krulbramen, waardoor ze met perslucht van de snede kunnen worden weggeblazen. Testcondities waren een snijsnelheid van 679 m/min, een voeding van 0,03 mm/tand en een snijdiepte die varieerde tot 0,5 mm.

De resultaten waren twee blisk-segmenten bewerkt met één gereedschap bij een bewerkingstijd van 12 minuten per segment, wat door het testpersoneel werd beoordeeld als 'ongekend'.

De nieuwe EADE volkeramische schachtfrezen zijn ook opgenomen in de nieuwe, gebruikersvriendelijke 'Kennametal Innovations' iPad app, die vrij kan worden gedownload vanaf de iTunes™ App Store. De eenvoudige navigatie van de app maakt het gemakkelijk om te zoeken via sleutelwoorden om specifieke gereedschap-oplossingen en productgroepen te vinden. De belangrijkste eigenschappen zijn:

Een navigatiekaart biedt drop-down menu's met aanvullende informatie, inclusief uitbreidbare en klantspecifiek aan te passen kaarten en grafieken.

Gebruikersgestuurde navigatie met selecteerbare gegevens verschaft snelle, geschikte vergelijkingen met aanvullende en concurrerende producten.

Demonstraties en toepassingsvideo's bieden waardevolle, realistische ervaring van de actueel ingezette gereedschaptechnologie.

Kennametal biedt de nieuwe KYS40 keramische schachtfrezen in het bereik 3/16 - ½ inch(4-12 mm. Inzet van het gereedschap vereist geen inzet van speciale spantechniek, het gebruik van gewone, kwalitatief hoogwaardige spantangen, high-torque of hydo-opname is volledig voldoende, hoewel de hydro-opname inzetbaar moet zijn bij de hoge snelheden die nodig zijn voor het bewerken van superlegeringen. Om een zo hoog mogelijke levensduur van het gereedschap te garanderen, wordt een balanceerprocedure aanbevolen. Meer informatie is verkrijgbaar via www.kennametal.com

Turbineschoepen in nikkelgebaseerde superlegeringen brengen complexe bewerkingstaken met zich mee. Nieuwe volkeramische schachtfrezen van Kennametal stellen nieuwe ijkpunten in op het gebied van bewerkingssnelheid (zie hieronder) en gereedschap-levensduur.

  Meer weten…