Comprendere il comportamento metallurgico dell'inconel nel lavoro CNC

Inconel è una famiglia di superalloy al nichel-cromo austenitici progettati per mantenere la resistenza meccanica e alla corrosione a temperature estreme. In un ambiente Mastercam, il materiale presenta diverse sfide distinte che derivano direttamente dalla sua struttura atomica e dalle proprietà termiche. Il lavoro in lega tempra rapidamente durante il taglio, il che significa che la zona immediatamente prima del bordo di taglio diventa più difficile del materiale di massa.

La conducibilità termica di Inconel è approssimativamente una decima che dell'acciaio convenzionale. Il calore generato nella zona di taglio non può dissipare nel chip o nel pezzo in modo efficiente, quindi si concentra sul bordo degli strumenti. Senza una gestione termica accurata, le temperature dei bordi si arrampicano rapidamente, promuovendo l'usura di diffusione e la deformazione di plastica del bordo di taglio. Mastercam fornisce il controllo diretto sui parametri che mitigano questi effetti, compreso l'angolo di aggancio, il passaggio radiale e le regolazioni di di di di di di di di di di di di di disottileggio e chip.

Un'altra caratteristica chiave è l'elevata resistenza alla resa della lega, che non scende significativamente fino a quando il pezzo non supera 800°C. Questa forza si traduce direttamente in alte forze di taglio specifiche. Un tipico acciaio inossidabile 316 richiede circa 0,5 cavalli per pollice cubico al minuto di rimozione del metallo. Inconel 718 può richiedere più di 2.0 cavalli alle stesse condizioni.

Geometria e selezione substrato per operazioni inconel

Gradi e sistemi di rivestimento in metallo duro

Gli strumenti standard in metallo duro si consumano rapidamente in Inconel. Il substrato più affidabile è un carburo di micro-grana con un contenuto di cobalto tra il 10 e il 12 per cento. Questo fornisce una resistenza sufficiente a resistere alla scheggiatura durante i tagli interrotti mantenendo la durezza necessaria per la resistenza all'abrasione.

Per le operazioni di sgrossamento, un rivestimento TiSiN fornisce una resistenza all'ossidazione aggiuntiva e un coefficiente di attrito inferiore. Per la finitura, TiAlN offre un'ottima adesione e ritenzione del bordo. Mastercam consente di definire assemblaggi di utensili separati con specifiche di rivestimento distinte. Questo è importante perché le velocità e i mangimi consigliati per uno strumento rivestito TiAlN possono differire significativamente da quelli consigliati per uno strumento non rivestito CVD.

Preparazione bordi e geometria angolare

I bordi taglienti affilati sono consigliati per l'alluminio, ma Inconel richiede un tubo di bordo controllato. Una preparazione T-land o K-land con un raggio di bordo tra 0,008 e 0,020 pollici riduce il microchipping e distribuisce le forze di taglio su una zona più grande. Nel database degli strumenti di Mastercam, è possibile specificare il raggio d'angolo come parte dell'assemblaggio degli utensili.

Per i mulini finali, un elix variabile e il design del passo variabile disturba le vibrazioni armoniche che sono comuni quando si lavora in lega di nichel. La libreria di strumenti di Mastercam supporta le definizioni del corpo degli strumenti con fino a cinque diversi angoli di elica fluta. Quando si definisce uno strumento variabile-helix nel database, il software regola i calcoli di fidanzamento per tenere conto della distanza di flusso irregolare, che migliora il percorso di consistenza degli strumenti e riduce i segni di chatter.

Parametri di taglio e chip che si spengono in Mastercam

Linee guida per la velocità e l'alimentazione

La velocità di superficie per Inconel 718 con utensili in metallo duro scende tipicamente tra 40 e 100 piedini al minuto (SFM). Il valore esatto dipende dall'operazione. Rivoltare a 40–60 SFM con un pesante impegno radiale mantiene lo strumento nel taglio ed evita lo strato temprato del lavoro lasciato da un passaggio precedente. Finitura a 80–100 SFM con profondità assiali e radiali leggeri riduce le forze di taglio e migliora la superficie.

Per la finitura, il mangime per dente può scendere a 0,002 a 0,004 pollici per dente. Il calcolatore di alimentazione e velocità di Mastercam utilizza questi input per calcolare la velocità e la velocità di alimentazione del mandrino richiesto. Quando si attiva l'opzione di disinnesto del chip nei parametri del percorso degli strumenti, il software regola automaticamente il feed lineare per mantenere il chip di spessore programmato ridotto.

Strategia di inserimento e di passaggio radiali

La durata ottimale degli utensili in Inconel si verifica quando l'angolo di aggancio radiale è tra 5 e 25 gradi. In meno di 5 gradi, il chip diventa troppo sottile e lo sfregamento aumenta. Sopra 25 gradi, le forze di taglio aumentano bruscamente e la concentrazione di calore diventa difficile da gestire.

Per i percorsi di utensili dinamici ad alta velocità, un passaggio radiale del diametro dell'utensile del 10 per cento è un punto di partenza comune. Per un mulino di fine da 0,500 pollici, che significa una profondità radiale di taglio da 0,050 pollici. La profondità assiale del taglio può essere lunghezza del flauto o fino a 1,5 volte il diametro, a seconda della rigidità degli utensili e della potenza della macchina.

Sistemi di gestione termica e di distribuzione del refrigerante

Senza una efficace consegna del refrigerante, la lavorazione Inconel in Mastercam diventa un esercizio di utensili di raschiatura. La bassa conducibilità termica del materiale significa che il refrigerante deve fare quasi tutta la rimozione del calore. Il refrigerante di inondazione a pressione standard è insufficiente. Il refrigerante ad alta pressione consegnato attraverso il mandrino a 1.000 a 1.500 psi è il metodo preferito perché raggiunge il bordo di taglio e rompe i chip in segmenti gestibili.

Nelle opzioni di controllo del refrigerante di Mastercam, è possibile programmare codici M per l'attivazione di alta pressione, attraverso-mandrino, o tramite-tool refrigerante. Per operazioni di perforazione, cicli di pipello con refrigerante su tutti i tempi prevenire l'imballaggio del chip e l'accumulo di calore.

Per operazioni con lunghi giunti o portautensili estesi, uno strumento a raffreddamento o un adattatore tramite-utensile riduce il rischio di guasto degli utensili legati al calore. Mastercam supporta gli assemblaggi degli strumenti con capacità di raffreddamento nel database degli strumenti. Quando si seleziona uno strumento a liquido refrigerante, il software può applicare tariffe di alimentazione più elevate perché le condizioni termiche al bordo di taglio rimangono stabili.

Strategie avanzate per le lega di lavoro-armatura

Fresatura Trochoidale e Dinamica

La tecnologia Dynamic Motion di Mastercam implementa questa strategia in diversi percorsi di utensili, tra cui Dynamic Mill, Optirough e Dynamic Contour. Il percorso degli strumenti regola continuamente i raggi di arco per mantenere il carico programmato del chip, anche quando la geometria del pezzo cambia bruscamente.

Per Inconel, i percorsi di strumenti dinamici offrono tre vantaggi: riducono il carico termico sullo strumento, evitano di entrare nella zona di lavoro indurita lasciata da un passaggio precedente, e distribuiscono usura uniformemente lungo il bordo di taglio. In un confronto laterale, uno strumento che esegue un percorso di utensili dinamico in Inconel può raggiungere la durata di utensili del 40-60 per cento più rispetto ad un percorso di sgrossamento convenzionale con un passaggio radiale del 50 per cento.

Resto Machining e Rilevabile Stock

La lavorazione a riposo in Mastercam identifica automaticamente le aree in cui il materiale rimane da un'operazione precedente - o da uno strumento più grande che non poteva raggiungere angoli stretti o da un passaggio di rugosità con una maggiore profondità di taglio. Il modello di materiale di riposo di Mastercam costruisce una rappresentazione 3D dello stock e lo aggiorna dopo ogni percorso di utensili.

Per Inconel, impostare il gap minimo a 0,005 a 0,010 pollici in modo che il percorso di lavorazione del resto si attiva solo dove esistono remnants materiali reali. Questo riduce il tempo di ciclo e impedisce allo strumento di coinvolgere piccoli angoli affilati che potrebbero causare chatter.

Ramping, elica, e Plunge Milling

I motori del percorso di Mastercam offrono diverse strategie di entrata che minimizzano lo stress degli utensili. L'ingresso di Ramping ad un angolo di pendenza tra 1 e 5 gradi diffonde la forza di taglio lungo la lunghezza del flauto totale. L'ingresso elicoidale con un raggio pari al 50-80 per cento del diametro dello strumento fornisce una transizione liscia dal taglio dell'aria al pieno impegno.

La fresatura a pilunge è una strategia di ruggine alternativa per cavità profonde. Lo strumento si immerge ad un alto tasso di alimentazione, si ritira e si muove lateralmente prima di rimbalzare di nuovo. La fresatura a trazione riduce le forze di taglio radiali a quasi zero ed è efficace su macchine con elevata capacità di spinta.

Fresatura del filo contro la mappatura

La fresatura del filo con un filo singolo è il metodo preferito in Mastercam perché rompe il taglio in più passaggi, mantiene basse forze di taglio e produce fili precisi senza il rischio di un rubinetto rotto bloccato nella parte.

Simulazione e convalida dei processi

Prima di tagliare Inconel, ogni percorso di strumenti deve essere verificato nell'ambiente di simulazione di Mastercam. Il modulo Verify visualizza la rimozione di magazzino, collisioni di utensili e angoli di fidanzamento di utensili minimi. Per Inconel, la verifica diventa critica perché il costo del materiale e il potenziale per la rottura degli utensili significa che un errore sulla macchina è costoso.

Impostare la simulazione per aggiornare lo stock tra le operazioni, in modo da mostrare il materiale residuo effettivo prima dell'avvio di ogni percorso utensile. Il modello di stock di Mastercam può essere esportato come file STL per le modifiche di configurazione o per l'uso con una macchina di misura coordinata per convalidare le dimensioni del processo.

Sfiorazione degli strumenti e simulazione dinamica

La modalità di simulazione dinamica di Mastercam calcola le forze di taglio e la deflezione degli utensili in tempo reale. Per Inconel, la deflezione degli utensili sotto carichi pesanti può superare 0,001 pollici, che è sufficiente per causare errori dimensionali sulle tolleranze strette. La simulazione mette in evidenza le aree in cui la deflezione può superare la banda di tolleranza. È quindi possibile aumentare il diametro degli utensili, ridurre la profondità assiale di taglio, o passare ad un supporto di utensili più breve per aumentare la rigidità.

Rigidità di lavoro e macchinari

Le parti inconel sono spesso disinvolta o hanno geometrie complesse che rendono difficile il lavoro. Il software di Mastercam non può controllare direttamente l'hardware di lavoro, ma può generare percorsi di strumenti che minimizzano le forze di vibrazione.

Per i componenti a parete sottile, considerare l'utilizzo di lavorazione a riposo inverso---ruota la parte, simulare il rimanente stock, e poi lavorare le pareti da entrambi i lati per equalizzare lo stress.

Ridurre la vibrazione attraverso la selezione del toolpath

Le opzioni del percorso degli strumenti di Mastercam includono mosse non taglianti che possono smorzare le vibrazioni. Ad esempio, utilizzando un ingresso tangenziale dopo una rapida mossa, impedisce allo strumento di slamming nel materiale. Utilizzando un arco di transizione liscio tra i passaggi in un percorso di strumenti dinamico mantiene il taglio continuo ed evita il carico di impatto che innesca il chatter.

Se il software rileva un picco di carico da un aumento di impegno radiale, riduce la velocità di alimentazione fino a quando il carico ritorna alla normalità. Questa funzione è particolarmente utile per Inconel perché impedisce allo strumento di incontrare un aumento improvviso della durezza - come quando si taglia attraverso una zona di saldatura o un'area colpita dal calore.

Flusso di lavoro pratico per la programmazione di parti inconel in Mastercam

Per Inconel, il modello di stock dovrebbe includere la geometria della parte più almeno 0,020 a 0,050 pollici di materiale per la finitura. Impostare la libreria degli strumenti con il grado specifico di metallo, il raggio di bordo, il rivestimento e la capacità di raffreddamento per ogni strumento che toccherà Inconel.

Utilizzare un percorso di utensili dinamico o trochoidale con un impegno radiale da 8 a 10 per cento e una profondità assiale di 1.0 a 1,5 volte il diametro dello strumento. Abilitare la diradatura del chip e impostare la velocità di taglio minima a 45 SFM per la ruvida.

Per semifinitura, passare a uno strumento con un raggio d'angolo più piccolo e un rivestimento TiAlN di finitura. Ridurre il coinvolgimento radiale al 4-6 per cento e aumentare la velocità di superficie a 75 SFM. Questo passaggio rimuove lo strato indurato lavoro lasciato dallo strumento di ruviatura e stabilisce uno spessore di magazzino coerente per il passaggio di finitura.

Per la finitura, utilizzare un percorso di contorto ad alta velocità o un percorso di finitura parallela. Impostare la velocità di superficie a 90 a 100 SFM e il feed per dente a 0,002 pollici o meno. Utilizzare un passaggio di 0,005 a 0,010 pollici per superfici critiche.

Dopo la simulazione, verificare il percorso degli utensili con una corsa a secco sulla macchina. Ascoltare per chiacchierare e regolare la velocità del mandrino fino o giù per il 10 per cento se necessario. Controllare la prima parte accuratamente prima di eseguire la produzione.

Considerazioni speciali per il lavoro a 5 assi

La lavorazione multiasse offre vantaggi quando si taglia Inconel perché consente allo strumento di orientarsi ad un angolo di fidanzamento costante alla superficie. I percorsi multiasse Mastercam, tra cui Swarf, Flowline e Morph tra due curve, tengono il bordo di taglio a un carico costante di chip anche su superfici curve, impedendo allo strumento di coinvolgere la zona lavorata in modo rigido ad un angolo variabile, che può causare imprevedibili.

Per la finitura a 5 assi di Inconel, utilizzare un mulino a sfera con angolo inclinazione di 5-10 gradi lontano dalla superficie. Questa inclinazione crea una velocità di taglio costante attraverso la zona di contatto e impedisce la sfregatura al centro della sfera.

Considerazioni sui costi e strumenti di vita

Un singolo mulino a fine carburo per Inconel può costare tra $50 e $150, mentre un tagliere ad alta prestazione indicibile può superare $500. Le funzionalità di gestione della durata degli utensili di Mastercam consentono di monitorare l'utilizzo degli utensili in termini di tempo di taglio, numero di parti, o volume di materiale rimosso. Quando uno strumento raggiunge il limite di vita, il software lo blocca prima del prossimo percorso degli strumenti.

Mastercam supporta anche l'ottimizzazione della durata degli utensili registrando condizioni di taglio reali. Se uno strumento non riesce costantemente dopo 35 minuti di ruvidi Inconel, è possibile impostare il limite di vita degli strumenti a 30 minuti e pianificare un cambiamento degli strumenti durante una parte non critica del ciclo.

Raccomandazioni finali per il successo di produzione

Il software fornisce gli strumenti per gestire questa lega, ma l'operatore deve applicarli con una comprensione del comportamento del materiale. Utilizzare percorsi di strumenti dinamici per controllare l'impegno. Utilizzare refrigerante ad alta pressione attraverso il mandrino. Validare ogni percorso degli strumenti con la simulazione.

Per ulteriori informazioni, consultare la ]Mastercam libreria di risorse tecniche, che include guide specifiche per l'applicazione per leghe di nichel. Sandvik Coromant materiale base di conoscenza fornisce parametri di taglio convalidati per i gradi Inconel.