Le nuove frese integrali in ceramica EADE™ Beyond di Kennametal fissano nuovi riferimenti di velocità e durata dell’utensile nella lavorazione di leghe ad alta temperatura a base di nichel

                      La nuova fresa integrale in ceramica a sei eliche Beyond in qualità KYS40

 

Forse, l’assunzione più accettata nelle lavorazioni meccaniche è che tagliare materiali di elevata durezza richieda utensili di elevata durezza. Le leghe a base nichel utilizzate per le turbine a gas e a vapore, per esempio, sono fra i materiali più duri del mondo e vengono continuamente sviluppati per consentire agli impianti di generazione dell’energia di funzionare a temperature molto più elevate. Oltre a offrire una maggiore potenza dove è necessario, ciò aumenta l’efficienza degli impianti e riduce o elimina le

emissioni nocive. Le superleghe come Inconel^®, Waspaloy^®, Rene^® e altre entrano in gioco nelle pale di turbine e altre parti che richiedono elevata resistenza, eccellente resistenza contro le fessurazioni alle alte temperature, stabilità di fase e resistenza a ossidazione e corrosione.

 

Tuttavia, la lavorazione di materiali come questi può essere un’esperienza lenta, laboriosa e costosa. In generale, l’utensileria in metallo duro è comunemente utilizzata a velocità di taglio comprese fra 20 e 60 m/min (fra 65 e 200 SFM) su questi materiali, con una limitata durata degli utensili. Le nuove frese integrali in ceramica Beyond in qualità KYS40™ Kennametal, tuttavia, presentano miglioramenti di ordini di grandezza nella lavorazione di leghe ad alta resistenza a base di nichel, con sgrossatura a velocità di taglio fino a 1000 m/min (3.300 SFM) e durata dell’utensile da due a tre volte superiore rispetto ai corrispondenti utensili in metallo duro.

 

Prime nel settore

Gli utensili da taglio in ceramica, principalmente in ossido di alluminio (Al2 O3) esistono dall’inizio del 20° secolo. Brevetti su utensili da taglio in ceramica sono stati rilasciati in Germania nel 1913 e sono diventati commercialmente disponibili negli USA negli anni ‘50. Gli inserti a fissaggio meccanico in ceramica hanno oggi una loro collocazione perché possono funzionare a velocità più elevate in applicazioni selezionate, ma frese integrali in ceramica si sono viste raramente, perché questi utensili erano più fragili di quelli al carburo e non offrivano buone prestazioni. In realtà, molti produttori di turbine hanno iniziato a produrre internamente le proprie frese integrali in metallo duro a causa dell’elevato consumo di questi utensili.

 

Il nuovo tipo ceramico SiAlON KYS40 di Kennametal e il design complessivo delle frese integrali in ceramica offrono ora il modo più efficace per la sgrossatura di leghe ad alta temperatura a base di nichel. “Le velocità di taglio sulle superleghe a base di nichel possono essere fino a 20 volte maggiori rispetto a quelle delle frese in metallo duro e, grazie all’ottima resistenza al calore e ai taglienti più duri (con spoglia negativa) della ceramica, la durata degli utensili può essere cinque volte superiore o anche di più”, afferma Thilo Mueller, responsabile di prodotto globale presso Kennametal.

 

Sono disponibili due tipi di frese in ceramica KYS40, una versione a sei eliche per la spianatura e la profilatura; e una versione a quattro eliche, con colletto, per la fresatura di asole e di tasche. Entrambe le linee di prodotto permettono anche la penetrazione inclinata, l’interpolazione elicoidale e strategie di lavorazione trocoidale.

 

I meccanismi di usura e l’indicazione di usura sulle frese in ceramica sono completamente differenti rispetto a quelle in metallo duro, permettendo di utilizzare le frese in ceramica molto oltre il punto nel quale sarebbe necessario sostituire un utensile in metallo duro. E’ anche questo il motivo per cui la nuova fresa integrale di tipo KYS40 è un utensile ‘usa e getta’ che può essere utilizzato oltre il normale tipo di usura.

 

Lavorazione di pale di turbine

Quasi tutta l’energia elettrica sulla Terra è generata da una turbina di qualche tipo, alimentata da combustibili fossili o energia idraulica o nucleare. Produrre, gestire e manutenere questi componenti critici è vitale per mantenere il flusso dell’energia. Ciò pone sotto un’elevata pressione i produttori, che devono costantemente aggiornare le loro strategie di lavorazione tenendo conto di molti fattori: sono richiesti quantità elevate di pale simili o piccoli volumi di pale con caratteristiche differenti? Occorre utilizzare setup multipli e centri di lavoro o singole macchine multitask multiasse? Quale sistema CAD/CAM viene utilizzato e qual è la competenza degli operatori? E, naturalmente, quali sono le scelte migliori in termini di utensili per le operazioni di lavorazione? I risultati di recenti test eseguiti sulla nuova fresa in ceramica KYS40 sono rivelatori.

 

In primo luogo, la ceramica di tipo KYS40 Beyond, nelle versioni a quattro e a sei eliche, presenta un design del nocciolo ingrandito che migliora la rigidità dell’utensile e riduce la flessione alle elevate velocità di taglio. La geometria ottimizzata della punta e un angolo di inclinazione dell’elica di 40 gradi aumentano l’azione di taglio e l’evacuazione del truciolo.

Nella sgrossatura di una piccola pala di turbina in Inconel 718, con lavorazione a secco, la fresa a quattro eliche EADE è stata utilizzata a 645 m/min (2116 SFM), con avanzamento di 0,03 mm/z

(0,0012 IPT). La profondità di taglio (ap) era di 0,5 mm (0,0197 pollici) e la larghezza di taglio (ae) era di 11,4 mm (0,866 pollici). Rispetto a una soluzione convenzionale, la durata della fresa EADE è stata tre volte superiore, eseguendo la sgrossatura in meno tempo. Questa applicazione si è tradotta nel triplo di parti prodotte per fresa.

 

La fresa in ceramica piena a sei eliche EADE è stata testata nella profilatura di un blisk (disco integrato nella pala) in Inconel 718, con evacuazione del truciolo mediante aria compressa. A differenza degli utensili convenzionali in metallo duro, la sgrossatura fino a raggiungere quasi la forma netta crea trucioli più simili alla polvere rispetto ai trucioli a ricciolo tradizionali, richiedendo solo aria compressa per evacuarli. 

 

Le condizioni di test erano una velocità di taglio di 679 m/min (2228 SFM), un avanzamento di 0,03 mm/z (0.0012 IPT) e la variazione della profondità di taglio fino a 0,5 mm (0,0197 pollici). I risultati sono stati due segmenti di blisk lavorati con un utensile per un tempo di lavorazione di 12 minuti per segmento, che il personale di test ha definito “senza precedenti”.

Le nuove frese integrali in ceramica EADE sono presenti anche nella nuova app i-Pad “Kennametal Innovations” di semplice uso, che può essere scaricata gratuitamente dall’iTunes™ App Store. La semplice navigazione dell’app facilita la ricerca tramite parole chiave per trovare specifiche soluzioni di utensileria e gruppi di prodotti. Fra le caratteristiche principali:

 

-Le animazioni dei prodotti forniscono chiare rappresentazioni visive dei processi con link diretti a informazioni dettagliate.

-Una mappa di navigazione offre menù a tendina con informazioni supplementari, inclusi grafici e diagrammiespandibili e customizzabili.

-La navigazione guidata dall’utente con dati selezionabili offre confronti rapidi e comodi con prodotti complementari e concorrenti.

-Dimostrazioni e video applicativi offrono una preziosa esperienza reale delle tecnologie di utensileria

 nell’uso effettivo.

 

Kennametal offre le nuove frese in ceramica KYS40 nella gamma da 4 a 12 mm (da 3/16 a ½ pollice). L’utensile non richiede l’uso di un serraggio speciale, è pienamente sufficiente l’uso di comuni mandrini con bussola, a forte serraggio o idraulici a elevate prestazioni, ma il mandrino deve essere in grado di girare alle elevate velocità necessarie per la lavorazione delle superleghe. Per assicurare la durata più elevata dell’utensile, è raccomandata l’equilibratura finale. Maggiori informazioni sono disponibili su www.kennametal.com.