IMTS 2018: Dominando ruedas de rectificado avanzadas para superaleaciones aeroespaciales

Obtenga una comprensión más profunda de cómo rectificar mejor materiales de superaleación. Si asiste a IMTS este año, tome nota de las múltiples sesiones de conferencia enfocadas en rectificado de alto rendimiento y vea técnicas que le ayudarán en sus operaciones de mecanizado diarias.

Usados ampliamente en los sectores aeroespacial y energético, metales como Inconel 718, Hastelloy C-276 y Monel K500 son resistentes a la temperatura y corrosión, con propiedades mecánicas muy superiores a sus primos de acero débiles.

"Las superaleaciones a base de níquel, que constituyen más del 40 por ciento del peso total de un motor de avión, encuentran aplicaciones en las secciones de combustor y turbina del motor", señala el Dr. K. Philip Varghese, líder de grupo de ingeniería de aplicaciones avanzadas en Norton | Saint Gobain, en una descripción de presentación de conferencia de IMTS 2018. "Su uso es principalmente debido a la combinación única de resistencia a alta temperatura, tenacidad y resistencia a la degradación en entorno extremo". Varghese presenta "Rectificado de Alto Rendimiento de Superaleaciones a Base de Níquel" el miércoles 12 de septiembre a las 10 a.m. en IMTS en Chicago.

Desafortunadamente, estas superaleaciones también son bastante desafiantes de rectificar. El endurecimiento por trabajo es común debido a las altas presiones involucradas, y la pobre conductividad térmica de la mayoría de superaleaciones significa que el calor dentro de la zona de rectificado es alto, posiblemente dañando la pieza de trabajo si no se controla. Esto también puede significar que las piezas de trabajo deben permitirse enfriar y "desestresar" entre operaciones de desbaste y acabado.

Donde el acero B1112 tiene una calificación de mecanizabilidad de 100 por ciento, la mayoría de Inconels entran en 12 por ciento, y el L-605 de alto cobalto (también conocido como Haynes 25) se sitúa en solo 9 por ciento de mecanizabilidad. Agregando insulto a la herida, el rectificado es típicamente uno de los últimos procesos realizados en una pieza de trabajo. Las fechas de entrega al cliente pueden deslizarse fácilmente en caso de piezas desechadas u otros retrasos de producción. Ya sea rectificado de superficie, cilíndrico o sin centros, trabajar con estos supermateriales puede ser desalentador.

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Tipos de ruedas de rectificado: Seleccionando la rueda correcta para superaleaciones

Afortunadamente, hay varias formas de convertirse en un taller de rectificado de alto rendimiento, comenzando con la selección de las mejores ruedas de rectificado. Muchos expertos sugieren que los parámetros usados para rectificar acero son igualmente aplicables a superaleaciones. Esto a su vez sugiere que una rueda de óxido de aluminio —preferida para rectificar aceros al carbono y aleados— es la primera opción para superaleaciones. Este es buen consejo, aunque la mayoría de proveedores de ruedas de rectificado ofrecen productos premium específicamente diseñados para materiales a base de níquel. Estos son generalmente una mezcla de cerámica-alúmina, que debido a un enlace frágil pero fuerte generan calor mínimo y son en gran medida autoafilables.

"Solo ruedas abrasivas específicas que pueden remover material a baja potencia/fuerza umbral y consumen menor energía específica en rectificado de estas superaleaciones, pueden sobrevivir a los objetivos conflictivos de mayor productividad así como mayor vida de rueda en un proceso de RAR [rectificado de alto rendimiento]", señala Varghese.

Porque las superaleaciones son gomosas y tienden a cargar la rueda, este es un atributo importante. También importante es la necesidad de un grano abierto, que ayuda a eliminar la acumulación de calor que conduce a verificación de calor y microfisuración. El peor caso, una rueda que se carga y frota la superficie de la pieza en lugar de cortarla puede causar lo que se conoce como capa blanca, un gran no-no en el mundo aeroespacial porque reduce la integridad superficial del material.

Por supuesto, la selección de rueda de rectificado depende de muchos factores. Las operaciones de rectificado de superficie se comportan diferente que el rectificado cilíndrico, y el rectificado cilíndrico se comporta diferente que el rectificado por arrastre o sin centros. La superaleación real siendo mecanizada y la cantidad de remoción de material juega un papel también, donde una rueda CBN vitrificada podría funcionar mejor para desbaste de forma de engranaje biselado en titanio, el rectificado por arrastre de la forma de raíz en una pala de turbina Inconel a menudo requiere una cerámica avanzada.

El papel del refrigerante y fluidos de corte en rectificado de máquina de alto rendimiento

Al igual que un grano abierto, rueda frágil es un buen lugar para empezar al rectificar superaleaciones, también lo es un fluido de corte soluble en agua de alta calidad, bien filtrado y mantenido, preferiblemente uno con aditivos de azufre y/o cloro para proporcionar lubricidad. Esto asegurará máxima remoción de material sin riesgo de daño superficial inducido por calor. Dicho esto, asegúrese de consultar con su cliente sobre el uso de fluidos de corte basados en azufre y cloro, ya que algunas empresas aeroespaciales restringen su uso debido a la posibilidad de corrosión intergranular.

En el caso de ruedas CBN, sin embargo, o donde el cliente prohíbe el uso de ciertos aceites solubles en agua, se debe usar un aceite recto, aunque esto es admitidamente no tan efectivo para remover calor como un refrigerante a base de agua. Sea cual sea el fluido, su velocidad debe exceder la de la velocidad de la rueda medida en la superficie de la pieza de trabajo. Y si se rectifica una forma especial, la forma de la boquilla debe coincidir con esa forma para proporcionar cobertura del 100 por ciento. Finalmente, debido a que el rectificado tiende a romper los fluidos en partículas microscópicas, y porque estas partículas pueden ser carcinogénicas, siempre use un sistema de filtración de aire de tamaño adecuado para seguridad del operador.

Elija el acondicionador de rueda de rectificado de soporte correcto

Dado que las superaleaciones empujan los límites de cualquier proceso de rectificado, la ventana de efectividad de la rueda es a menudo bastante pequeña. Por lo tanto, puede ser necesario cambiarlas en proceso, ya que el enlace, grano y dureza usados para desbaste posiblemente sean completamente inútiles para acabado de precisión. Como cualquier operador de máquina de rectificado sabe, los cambios de rueda de rectificado son un hecho de la vida, pero para propósitos de producción una máquina con capacidades de cambio automático de rueda lo llevará un gran paso más cerca de rendimiento óptimo.

Otro gran paso es el acondicionamiento continuo de rueda. Existen accesorios de posventa, aunque ordenar esta opción en su próximo rectificador CNC es probablemente la mejor apuesta, presupuesto permitiendo. Por las mismas razones que ruedas de grano abierto, autoafilables son más efectivas con superaleaciones, el acondicionamiento continuo deja la rueda afilada en todo momento. Las fuerzas de rectificado se reducen, el acabado superficial y la precisión mejoran, y hay poca preocupación por crear capas blancas u otros tipos de daño superficial a un componente crítico aeroespacial, nuclear o médico.

Si su rueda de rectificado actual está en su adolescencia o más y tiene la carga de trabajo para soportarla, invierta en un rectificador CNC moderno diseñado específicamente para trabajo aeroespacial exigente. Con características como auto-acondicionamiento, medición de pieza integrada, cambio de palet y manejo robótico de piezas, y control de movimiento multieje avanzado, las máquinas herramienta de hoy valen la inversión. Si quiere ser un taller de rectificado de alto rendimiento, este podría ser el lugar perfecto para empezar.

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