Fresing med keramiske verktøy

Fresing med keramiske verktøy v/ Olav Tovslid GKN AEROSPACE Norway AS The information contained in this document is GKN Aerospace Norway AS Proprietary information and it shall not either in its original or in any modified form, in whole or in part be reproduced, disclosed to a third party, or used for any purpose other than that for which it is supplied, without the written consent of GKN Aerospace Norway AS. The information contained in this document may also be controlled by export control laws. Unauthorized export or re-export is prohibited. Any infringement of these conditions will be liable to legal action.

GKN Aerospace Norway AS 1814 Kongsberg Våpen Fabrikk 1976 Motor divisjon i KV 1987 Norsk Jet Motor 1999 Volvo Aero Norge 2012 GKN Aerospace Motordeler til sivile og militære motorer 2

Innledning Hvorfor startet GKN med keramikkfresing? Hva er keramikkfresing? Erfaringer ved fresing med keramikk Forhåndsregler når metoden tas i bruk på tynne materialer Oppsummering 3

Hvorfor startet GKN med keramikkfresing? Hva er keramikkfresing? Erfaringer ved fresing med keramikk Forhåndsregler når metoden tas i bruk på tynne materialer Oppsummering 4

PW1000G Applikasjon: Thrust Range: Bombardier CS100 Mitsubishi Regional Jet Embraer E175 15,000-23,000 Pounds Mindre fuel Mindre utslipp Mindre støy 5

Materialvalg i flygmotorbransjen Materialvalget er avhengig av hvor delene står i motoren. Våre deler står lengst bak og må derfor tåle høye temperaturer. 6

Materialvalg Støpt Inconel 718 Smidd Inconel 718 Smidd H282 -Tilpasset varmebehandling 7

Konsekvens av å sikre materialer 3 x 100 kg 4,5 kg 8 x 19 kg 1,1 kg

2008 PW1000 prosjektet starter. GAN skal lage 7 prototyper Baserer produksjonsmetode på at keramikkfresing fungerer 2009 Starter produksjon på GAN Behov for flere fresestørrelser enn hva som er standard Tar i bruk metoden på større områder enn antatt 2012 Tester første pinnefres i Keramikk 2014 Blir bestemt at GAN skal produsere inngående deler 2015 Klar for testing av ny Kennametall 12 skjærs fres 9 Document title

Hva er keramisk fresing Høy hastighets grovfresing med keramiske verktøy. Fresing med 10-40 ganger så høy skjærhastighet sammenlignet med hardmetall. -Utnytte varmen i skjærsonen - smelter bort materialet - Varmen ledes bort av sponet -Unngå sjokk kjøling - Ingen kjølevann i skjærsonen - Langvarige kutt -Kan benytte luft gjennom spindel for forbedret sponevakuering 11

Keramikk skjærdata Ø12 7mm tykk negative AP 2mm m/min 1100 mm pr tann 0,06-0,08 Ø12 4mm tykk positive AP 1-1,5mm m/min 950-1100 mm pr tann 0,04-0,05 Ø9 3mm tykk positive HFM plater AP 0,7mm m/min 60 mm pr tann 0,06 Runde plater AP 1mm m/min 40 mm pr tann 0,2 AP 0,5-1mm m/min 800-900 mm pr tann 0,03-0,05 Ø6 2mm tykk positive AP 0,5mm m/min 800-900 mm pr tann 0,03-0,05 12

Maskin krav Spindel - Diameter større enn Ø25: opp mot14000rpm - Pinnefres Ø10: opp mot 25000RPM - God kjøling av spindel for å tåle store turtall over tid - Luft gjennom spindel Moment - Ved grove kutt trengs det mye dreimoment på høye turtall Stabilitet - Store kutt gir store krefter i fikstur og spindel - Stabile/grove spindellager Kapasitet - Stort verktøymagasin Maskinrom - Konstant spyling hindrer varmt spon i å brenne seg fast - Rustfritt (ikke malt) - Slette flater med fall 13

Erfaringer -Tidseffektiv metode -Mer robust enn først forventet - Ramping - Endeplanfresing - 5-aksekjøring - Med- og motfresing -Kan reslipes -Flere størrelser tilgjengelig 15

Keramikk VS Hardmetall Hardmetall runde plater: Ø80 holder 8 skjær Fresetid : 1time 10min Verktøybytter 7 Verktøykost: 350kr/spor Input fra jan egil Hardmetall HFM-plater: Ø80 holder 7 skjær Fresetid : 38min Verktøybytter 3 Verktøykost: 367,5kr/spor Keramikk: Ø80 holder 5 skjær Fresetid: 10min Verktøybytter 3 Verktøykost: 250kr/spor 16

Pinnefres i keramikk Første test 2012 2012 testet vi keramisk pinnefres for sporfresing på GKN. Vi var da de først ute med å teste denne utenfor Kennametals egen lab. Målet var å se overflate egenskapene i arbeidsstykket for å kunne vurdere bruksområde 17

Pinnefres i keramikk Ny test 2015 Pinnefres Ø10 nedslipt tange 4 skjær Ramping vinkel 2,5 Kuttdybde (Ap): 0,7mm Skjærhastighet: 439,8m/min (14000RPM) Mating: 0,03mm/tann (1680mm/min) Hardmetall: Fresetid : Verktøykost: Keramikk: Fresetid: Verktøykost: 14:70min 790kr/spor 2:40min 1860kr/spor Jan Egil 18

Resliping Resliping av skjær går i hopp, i både diameter og tykkelse. Endringen i geometri er stor - og må være stor. Små skjær må kjøres mer forsiktig enn store. 19

Endring av materialegenskaper i overflaten Hardhetsforandring opp mot 0,3mm inn i materialet. Vi setter derfor igjen 0,8mm for fresing med hardmetall. 20

Medaljens bakside Kan skape en del støy Krever ofte verktøybytte = Mannskapsbehov kapasitet / kostnad Noe større maskinbelastning = Slitasje Kan skape utmatting av materiale 21

Fare for utmattingssprekker -Tynne materialer -Marginal oppspenning -Kritiske bruddsoner -Langvarig egensvingninger i arbeidsstykket 22

Sponhåndtering Ferske spon er varme Små og irriterende spon Mye spon på kort tid 23

Fiksturering God oppspenning som forhindrer delen i å komme i egensvingninger Benytte 2-veis support Planlegge oppspenningsområder og bruddsoner utenfor ferdig komponent Styrte vedlikeholdsrutiner 25

Mellomgeometri under fresing -Få bort mye materiale på tidlig stadie -Benytte delens egenstivhet -Myke overgangssoner ved store tykkelsesendringer -Kontrollert maskineringsgjensett selv om delen kan slå seg -Være forsiktig dersom delens tykkelse kommer under 5mm 26

Evaluering av skjær under innkjøring En av flere skjær er ødelagt i samme holder - Feil ved skjær, holder, innfesting eller lignende. Alle skjær har jevn, men for stor flankeslitasje uten utskalling - For lang inngrepstid Flere skjær i samme holder får utskallinger i løpet av kort tid - Kan tyde på vibrasjonsproblem i enten verktøy eller arbeidstykke! - Analyser om sperrelyden har samme frekvens som hhv verktøy eller arbeidsstykke. 27

Viktig forhåndsregler ved keramikkfresing Inspeksjon av brukt skjær Avvik rapporteres som en hendelse til prosessansvarlig for de produkt som benytter dette verktøyet. Inspeksjon av verktøyholder -Anleggsflate for skjæret skal være ren, hel og fri for skader -Skjærklemme skal ikke være bøyd, slitt eller skadet -Skruer skal gå lett -Rundløp på holderen må kontrolleres ved jevne mellomrom Bytt / utbedre skaden før verktøyet benyttes videre. Rutine for vending av plater -Undersøk platen og forsikre deg om at den ikke har skader som ødelegger stabiliteten ved videre bruk -Fjern alt løsskjegg fra skjærsonen -Sørg for at platen kommer godt inn i holderen HMS -Keramiske skjær og holdere kan være varme etter kjøring -Spon fra keramikkfresing er små, skarpe og varme -Fresing med keramikk avgir også mer lyd en normal hardmetallfresing Anbefaler bruk av hørselvern og hansker

Oppsummering Opp mot 10 ganger reduksjon i tid på grovfresing Krever stabile og spreke maskiner Krever god fiksturering Fare for støy og vibrasjoner Krever ekstra forsiktighet ved fresing av tynne gods 30

Oppsummering Opp mot 10 ganger reduksjon i tid på grovfresing Krever stabile og spreke maskiner Krever god fiksturering Fare for støy og vibrasjoner Krever ekstra forsiktighet ved fresing av tynne gods Spørsmål? 31

Kontaktinfo Olav Tovslid Senior Manufacturing Engineer GKN Aerospace Engine Systems Norway Kirkegårdsveien 45 N-3616 Kongsberg Norway Mobile: +47 98297621 olav.tovslid@gknaerospace.com www.gknaerospace.com 32

Maskin krav 33

Maskin krav 34