IMTS 2018:Fortschrittliche Schleifscheiben in der Luft- und Raumfahrt

Verschaffen Sie sich ein tieferes Verständnis dafür, wie man Superlegierungsmaterialien am besten schleift. Wenn Sie dieses Jahr an der IMTS teilnehmen, beachten Sie die zahlreichen Konferenzsitzungen, die sich auf das Hochleistungsschleifen konzentrieren – und sehen Sie sich Techniken an, die Ihnen bei Ihren täglichen Bearbeitungsvorgängen helfen werden.

Metalle wie Inconel 718, Hastelloy C-276 und Monel K500, die in der Luft- und Raumfahrt sowie im Energiesektor weit verbreitet sind, sind sowohl temperatur- als auch korrosionsbeständig und weisen mechanische Eigenschaften auf, die ihren schwachen Verwandten aus Stahl weit überlegen sind.

„Superlegierungen auf Nickelbasis, die mehr als 40 Prozent des Gesamtgewichts eines Flugzeugtriebwerks ausmachen, finden Anwendung in den Brennkammer- und Turbinenabschnitten des Triebwerks“, bemerkt Dr. K. Philip Varghese, Gruppenleiter für fortschrittliche Anwendungstechnik bei Norton | Saint Gobain, in einer Präsentationsbeschreibung der IMTS 2018-Konferenz. „Ihre Verwendung beruht hauptsächlich auf der einzigartigen Kombination aus Hochtemperaturfestigkeit, Zähigkeit und Beständigkeit gegen Abbau in extremen Umgebungen.“ Varghese präsentiert „High-Performance Grinding of Nickel-Based Superalloys“ am Mittwoch, 12. September, um 10 Uhr auf der IMTS in Chicago.

Leider sind diese Superlegierungen auch ziemlich schwierig zu schleifen. Kaltverfestigung ist aufgrund der hohen Drücke üblich, und die schlechte Wärmeleitfähigkeit der meisten Superlegierungen bedeutet, dass die Hitze in der Schleifzone hoch ist und das Werkstück möglicherweise beschädigt wird, wenn sie nicht kontrolliert wird. Das kann auch bedeuten, dass Werkstücke zwischen Schrupp- und Schlichtoperationen abkühlen und „entspannen“ müssen.

Wo B1112-Stahl eine Zerspanbarkeit von 100 Prozent hat, kommen die meisten Inconels auf 12 Prozent und der hochkobalthaltige L-605 (alias Haynes 25) auf nur 9 Prozent Zerspanbarkeit. Zu allem Überfluss ist das Schleifen typischerweise einer der letzten Prozesse, die an einem Werkstück durchgeführt werden. Bei verschrotteten Teilen oder anderen Produktionsverzögerungen können sich die Liefertermine der Kunden leicht verschieben. Ob Flach-, Rund- oder Spitzenlosschleifen, die Arbeit mit diesen Supermaterialien kann entmutigend sein.

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Schleifscheibentypen:Auswahl der richtigen Scheibe für Superlegierungen

Glücklicherweise gibt es eine Reihe von Möglichkeiten, eine Hochleistungsschleiferei zu werden, beginnend mit einer Auswahl der besten Schleifscheiben. Viele Experten schlagen vor, dass die Parameter, die zum Schleifen von Stahl verwendet werden, gleichermaßen auf Superlegierungen anwendbar sind. Dies legt wiederum nahe, dass eine Aluminiumoxidscheibe – bevorzugt zum Schleifen von Kohlenstoff- und legierten Stählen – die erste Wahl für Superlegierungen ist. Dies ist ein guter Rat, obwohl die meisten Schleifscheibenlieferanten Premium-Produkte anbieten, die speziell für Materialien auf Nickelbasis entwickelt wurden. Dabei handelt es sich in der Regel um eine Keramik-Aluminiumoxid-Mischung, die aufgrund einer bröckligen, aber starken Bindung nur minimale Wärme erzeugen und weitgehend selbstschärfend sind.

„Nur spezifische Schleifscheiben, die Material bei niedrigen Schwellenleistungen/Kräften entfernen und beim Schleifen dieser Superlegierungen weniger spezifische Energie verbrauchen können, können die widersprüchlichen Ziele einer höheren Produktivität sowie einer längeren Scheibenlebensdauer in einem HPG-Prozess [Hochleistungsschleifen] überleben “, bemerkt Varghese.

Da Superlegierungen gummiartig sind und dazu neigen, das Rad zu belasten, ist dies eine wichtige Eigenschaft. Ebenfalls wichtig ist die Notwendigkeit einer offenen Maserung, die dazu beiträgt, den Wärmestau zu beseitigen, der zu Hitzerissen und Mikrorissen führt. Im schlimmsten Fall kann ein Rad, das die Werkstückoberfläche auflädt und reibt, anstatt es zu schneiden, eine sogenannte weiße Schicht verursachen, ein großes Tabu in der Luft- und Raumfahrtwelt, da es die Oberflächenintegrität des Materials verringert.

Natürlich hängt die Wahl der Schleifscheibe von vielen Faktoren ab. Flachschleifoperationen verhalten sich anders als Rundschleifen – und Rundschleifen verhält sich anders als Kriechvorschub oder spitzenloses Schleifen. Die tatsächlich zu bearbeitende Superlegierung und die Menge des Materialabtrags spielen ebenfalls eine Rolle – während eine verglaste CBN-Scheibe am besten für das Grobschleifen einer Kegelradform in Titan geeignet ist, erfordert das Tiefschleifen der Wurzelform einer Inconel-Turbinenschaufel oft eine fortschrittliche Keramik.

Die Rolle von Kühl- und Schneidflüssigkeiten beim Hochleistungs-Maschinenschleifen

Genauso wie eine offenkörnige, brüchige Scheibe ein guter Anfang beim Schleifen von Superlegierungen ist, ist auch eine hochwertige, gut gefilterte und gepflegte wasserlösliche Schneidflüssigkeit, vorzugsweise eine mit Schwefel- und/oder Chlorzusätzen, um Schmierfähigkeit zu verleihen, geeignet. Dadurch wird ein maximaler Materialabtrag ohne das Risiko einer hitzeinduzierten Oberflächenbeschädigung gewährleistet. Erkundigen Sie sich jedoch unbedingt bei Ihrem Kunden über die Verwendung von schwefel- und chlorbasierten Schneidflüssigkeiten, da einige Luft- und Raumfahrtunternehmen deren Verwendung aufgrund der Möglichkeit einer intragranularen Korrosion einschränken.

Bei CBN-Scheiben oder wenn der Kunde die Verwendung bestimmter wasserlöslicher Öle verbietet, sollte jedoch ein reines Öl verwendet werden, das jedoch zugegebenermaßen nicht so effektiv Wärme abführt wie ein wasserbasiertes Kühlmittel. Unabhängig von der Flüssigkeit sollte ihre Geschwindigkeit die an der Werkstückoberfläche gemessene Radgeschwindigkeit überschreiten. Und wenn eine spezielle Form geschliffen wird, sollte die Düsenform dieser Form entsprechen, um eine 100-prozentige Abdeckung zu erreichen. Da das Schleifen dazu neigt, Flüssigkeiten in mikroskopisch kleine Partikel aufzubrechen, und da diese Partikel krebserregend sein können, verwenden Sie schließlich immer ein richtig dimensioniertes Luftfiltersystem für die Sicherheit des Bedieners.

Wählen Sie den richtigen unterstützenden Schleifscheibenabrichter

Da Superlegierungen die Grenzen jedes Schleifprozesses überschreiten, ist das Wirkungsfenster der Scheibe oft recht klein. Daher kann es notwendig sein, diese im laufenden Betrieb zu wechseln, da die beim Schruppen verwendete Bindung, Körnung und Härte für das Feinschlichten möglicherweise völlig unbrauchbar sind. Wie jeder Schleifmaschinenbediener weiß, gehören Schleifscheibenwechsel zum Leben, aber für Produktionszwecke bringt Sie eine Maschine mit automatischer Scheibenwechselfunktion dem optimalen Durchsatz einen großen Schritt näher.

Ein weiterer großer Schritt ist das kontinuierliche Scheibenabrichten. Es gibt Aftermarket-Anbaugeräte, obwohl die Bestellung dieser Option für Ihre nächste CNC-Schleifmaschine wahrscheinlich die beste Wahl ist, sofern das Budget dies zulässt. Aus den gleichen Gründen, aus denen offenkörnige, selbstschärfende Scheiben mit Superlegierungen am effektivsten sind, lässt kontinuierliches Abrichten die Scheibe jederzeit scharf. Die Schleifkräfte werden reduziert, die Oberflächenbeschaffenheit und Genauigkeit werden verbessert, und es gibt wenig Anlass zur Sorge, weiße Schichten oder andere Arten von Oberflächenschäden an kritischen Luft- und Raumfahrt-, Nuklear- oder medizinischen Komponenten zu erzeugen.

Wenn Ihre aktuelle Schleifscheibe im Teenageralter oder älter ist und Sie die Arbeitsbelastung haben, um sie zu unterstützen, investieren Sie in eine moderne CNC-Schleifmaschine, die speziell für anspruchsvolle Arbeiten in der Luft- und Raumfahrt entwickelt wurde. Mit Funktionen wie automatischem Abrichten, integrierter Teilevermessung, Palettenwechsel und robotergestützter Teilehandhabung sowie fortschrittlicher mehrachsiger Bewegungssteuerung sind die heutigen Werkzeugmaschinen die Investition wert. Wenn Sie eine Hochleistungs-Schleiferei werden möchten, ist dies möglicherweise der perfekte Ausgangspunkt.

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