MMC Magazine

Hideyuki Fujii Gifu Aero Group, Aerospace Dept.Joined in 2015 / Shogo Tanaka Group Leader, Gifu Aero Group Assistant Manager, Aerospace Dept.Joined in 1999 / Hiroki Okumura Production Engineering Group Alloy Production Dept.Joined in 2014

Wiertła serii DSA, które weszły na rynek we wrześniu 2019 r., są przeznaczone do obróbki stopów żaroodpornych, powszechnie stosowanych w silnikach samolotów. Podczas obróbki stopów żaroodpornych ciepło powstające wskutek tarcia może akumulować się i powodować utwardzanie się obrabianego materiału. Dlatego też narzędzia skrawające muszą charakteryzować się dokładnością i trwałością. Dążenie twórców do uzyskania pożądanych, ale trudnych do osiągnięcia własności, poprzez wielokrotne próby w okresie trzech lat, zaowocowało innowacyjnymi produktami.  

Trzy wyjątkowe technologie i wykorzystane w nich materiały z węglików spiekanych

― Jaki był powód opracowania serii DSA?

Tanaka: "Według prognoz opublikowanych przed pandemią COVID-19, w ciągu następnych 20 lat zapotrzebowanie na nowe samoloty miało wynieść ponad 40 000 sztuk. 
Jako że każdy z nich potrzebuje dwóch silników, wystąpi potrzeba wyprodukowania co najmniej 80 000 silników. Oznacza to, że potrzebne będą również narzędzia do obróbki materiałów do tych silników. Mitsubishi Materials produkuje uniwersalne wiertła WSTAR, posiadamy także szeroką gamę wierteł do różnych grup materiałowych (M, K, N, H), jednak nie mieliśmy jeszcze wierteł do obróbki stopów żaroodpornych (grupa S).  Dlatego przez ostatnie kilka lat tak ważne było dla naszej firmy opracowanie serii DSA, w reakcji na zapotrzebowanie rynku."

Fujii: "W październiku 2016 r. został utworzony wydział lotniczy. 
Zostałem przeniesiony do tego działu i odpowiadałem za opracowanie wierteł pełnowęglikowych serii DSA przeznaczonych do obróbki stopów żaroodpornych.

 

― Jakie warunki muszą spełniać narzędzia do obróbki stopów żaroodpornych?

Fujii: "Części samolotów muszą być w pełni niezawodne, a materiały są drogie. Niezbędna jest więc wysoka dokładność obróbki, aby uniknąć odpadów wskutek wad. Oprócz tego, narzędzia z węglików spiekanych nie są tanie, a więc aby obniżyć koszty klienci mogą chcieć je regenerować i ponownie wykorzystywać. Dlatego ważne jest zaprojektowanie geometrii łatwych do ostrzenia 
i ponownego pokrywania." 

Okumura: "Braliśmy pod uwagę materiały wykazujące się twardością, udarnością i trwałością uznając te parametry za absolutnie niezbędne, ponieważ własności węglików spiekanych zmieniają się znacznie w zależności od zawartości węglika wolframu i kobaltu.  W rezultacie, metodą wielokrotnych prób i błędów, opracowaliśmy DP9020, nowy pokrywany metodą PVD materiał węglikowy o zwiększonej twardości i udarności oraz odporności na zużycie." 

― Jakie są trzy główne cechy decydujące o atrakcyjności wiertła dla klientów?

Fujii:  "Są to: chłodzenie, zaszlifowanie i łysinka. Podczas obróbki stopów żaroodpornych, ilość doprowadzanego chłodziwa znacząco zmienia smarność i zdolność chłodzenia. Przelotowy kanał chłodziwa ma standardowy, trójkątny przekrój ze względu na sprawdzoną w innych typach narzędzi skuteczność. Okazało się, że taki kształt zwiększa smarność, bez obniżenia sztywności wiertła. Zaszlifowanie jest z kolei związane z ostrością i trwałością - my poszukiwaliśmy geometrii, która zapewniłaby zarówno stabilne tworzenie wióra, jak i odporność na wykruszenia krawędzi. Celem określenia idealnej szerokości i kształtu łysinki, powierzchnię kontaktu ograniczyliśmy do minimum, aby zmniejszyć ilość ciepła i zredukować utwardzanie się materiału." 

Tanaka:  "W obróbce stopów żaroodpornych niezwykle ważną rolę odgrywa chłodziwo. Dlatego też podczas prac najpierw określiliśmy parametry kanału chłodziwa, a następnie zoptymalizowaliśmy kształt krawędzi skrawającej, zaszlifowania i łysinki. Oprócz symulacji przepływu cieczy i analizy sztywności, za pomocą szybkiej kamery obserwowaliśmy proces powstawania wióra. To umożliwiło nam modyfikację kształtu w trakcie prac." 

Poszukiwanie najlepszego rozwiązania w trakcie szczegółowych testów praktycznych

― Co było głównym priorytetem podczas prac?

Fujii: "Jeśli chodzi o zaszlifowanie, które wpływa na trwałość narzędzia, przeanalizowaliśmy wyniki wcześniejszych badań, aby nie śpiesząc się, wybrać najlepszy kształt. Stawialiśmy hipotezy  i analizowaliśmy je. Możliwości wystąpienia nagłych uszkodzeń narzędzi nie można przewidzieć bez prób obróbki." 

Okumura: "Tak samo, jak w przypadku materiału węglikowego. Sprawdzaliśmy właściwości materiału użytego na wiertła prototypowe, a następnie materiałów użytych na wiertła produkcyjne. 
Zrobiliśmy to, ponieważ wielkości partii materiału użytego na wiertła prototypowe i materiału użytego do produkcji wierteł na masową skalę bardzo się różniły. Różnice jakości spowodowane różnicą wielkości partii powodowałaby różnice warunków obróbki pomiędzy produkcją testową a masową. Dlatego też sprawdzanie jakości i właściwości to najważniejszy etap podczas opracowywania materiału.

―Jak przebiegały prace?

Tanaka: "Prace rozpoczęliśmy w październiku 2016 r., czyli w tym samym czasie, gdy utworzono Dział Lotniczy. Podstawowe prace rozwojowe, 
w tym projektowanie, stworzenie i ocena prototypu, trwały około dwóch lat, po czym powtarzaliśmy testy w warunkach przemysłowych, a jednocześnie dopuściliśmy go do produkcji. Zajęło to więc prawie dwukrotnie więcej czasu, niż opracowanie produktu standardowego." 

Fujii:"Chociaż wprowadzenie produktu na rynek zajęło trochę czasu, nasz Dział Sprzedaży aktywnie reklamował go klientom już podczas prac, co pozwoliło nam zebrać informacje w oparciu o większą liczbę konkretnych przykładów. W rzeczywistych warunkach klienci używają narzędzi do obróbki detali o skomplikowanych kształtach, a nie tylko typowych bloków, jak to miało miejsce w testach wewnętrznych. 
Narzędzia muszą się sprawdzać w zakładzie klienta, a nie tylko w środowisku testowym. Wiedza na temat wydajności produktu używanego przez klientów w warunkach rzeczywistych była dla nas bezcenna."

Okumura: W miarę, jak zbliżaliśmy się do komercjalizacji, musieliśmy zastanowić się nad doborem materiałów zapewniających stabilność produkcji. Nawet gdyby nasz prototyp był wykonany perfekcyjnie, przed wprowadzeniem na rynek gotowego produktu musieliśmy znaleźć rozwiązanie szeregu problemów. Po ustabilizowaniu procesu produkcyjnego musieliśmy sprostać wymaganiom klientów już 
po wprowadzeniu produktów na rynek. Właśnie dlatego musimy go ciągle doskonalić." 

―Co chcielibyście przekazać naszym klientom?

Tanaka:"Nie ulega wątpliwości, że ze względu na bezpieczeństwo, części lotnicze muszą być absolutnie niezawodne. Dotyczy to zwłaszcza części stosowanych w silnikach.  Nasze narzędzia zostały dopuszczone do obróbki części silników po testach, co zwiększyło naszą pewność. Utworzyliśmy już globalny system zapewnienia dostaw wierteł serii DSA (obejmujący ostrzenie i ponowne pokrywanie), więc klienci mogą być pewni, że otrzymają potrzebne im części, wtedy gdy ich potrzebują. Jesteśmy także w stanie reagować na specjalne wymagania klientów. Prosimy o kontakt z nami w sprawie produktów w dowolnym czasie. Planujemy także rozszerzyć zakres ich stosowania o branżę ciężkich maszyn elektrycznych." 

Fujii:“"Im więcej klientów korzysta z naszych produktów, tym więcej informacji zwrotnych otrzymujemy o parametrach eksploatacyjnych w różnych warunkach pracy. Informacje te musimy analizować, aby szybko reagować w konkretnych przypadkach. Wymaga to systemu pozwalającego nam precyzyjnie i szybko zaspokajać potrzeby klientów."

Okumura:“Wprowadzenie na rynek nowych produktów to początek, a nie cel projektu. Celem naszej pracy jest odpowiadanie na różnorodne zapytania klientów, którzy zastosowali już te produkty w swoich zakładach. Prosimy o kontakt z nami niezależnie od tego, czy sprawa jest prosta, czy skomplikowana."