Havacılık Sanayinde Kesici Kenarın Korunması

Havacılık sanayi üretiminde yeni teknolojilerin ve malzemelerin ilerlemesi, yüksek ve ultra yüksek basınçlı kesme sıvısı dahil olmak üzere yeni talaşlı imalat teknolojilerinin ileri gitmesi geleceğin uçaklarının metalden kalplere ve omurgaya sahip olmasını sağlamaktadır. Bildiğimiz havacılık sanayi, yüksek çeşitliliğe sahip bir pazardır. Ticari havacılık, savunma ve uzay sanayilerini içerir ve tüm bunların çok özel ihtiyaçlara sahiptir. Örneğin, her zaman olduğu gibi daha yakıt tasarruflu uçaklara yönelim konusunda büyük bir gayretler devam etmektedir. Ancak gerçekten yakıt tasarruflu ne anlama gelmektedir? Bence birçoğumuza göre yakıt tasarrufunun, daha düşük ağırlıkta anlamına geldiğini düşünüyoruz. Ve insanlar daha hafif dendiğinde otomatik olarak kompozitleri düşünüyor. Ancak her zaman konu bu değil. Örneğin, bugünkü motor üreticilerine ve malzemelerden bazılarına baktığımızda, yapmaya çalıştıkları daha sıcak, daha ekonomik yanmalı bir motordur ve bu da daha iyi bir yakıt ekonomisi sunmaktadır. Yani bunun amacı sadece ağırlığı azaltmak değil, aslında bu malzeme özellikleri ile etkileri arasında bir denge kurulmasıdır. Ve her uçağın en önemli özelliği motordur. Motor, en karmaşık olanıdır ve en çok bağımsız parçaya sahiptir. Yani günümüz havacılık sanayisinde yeni malzeme geliştirmelerin çoğu buradadır ve çoğunluğu metal alaşımlarıdır. Gerçekten zorlu kısımlara sahiptir ve malzemelerin çoğu daha hafiftir, ancak daha yüksek sıcaklıklara dayanmaları gereklidir. 3800°F (2,100°C) sıcaklığa kadar ulaşan ekonomik yanmalı motorlar konusu yeni malzemelere olan ihtiyacı gerçekten yönlendiren etkendir. Mevcut süper alaşımların erime sıcaklıklarının 3360°F (1850°C) civarında olduğu düşünüldüğünde, bu yüksek sıcaklıklara dayanacak olan malzemelerin bulunması gerçek bir zorluk olarak ortaya çıkmaktadır. Bu aynı zamanda tüketilen takım ömrüne olan talebi de artırmaktadır - motorlar yüzey bütünlüğünün çok önemli olduğu uçak parçalarıdır ve özellikle dönen parçalarda çok fazla talep ve çok fazla gerilim bulunmaktadır ve tolerans parametreleri, kesici uç geometrisi, kaplamalar sertifikasyon ve artık gerilme olmadan kolay bir şekilde değiştirilemez. Gerçekten yeni malzemelerden en öne çıkan belki de alüminyum lityumdur. Bu malzeme 7075 ve 7050 gibi havacılık pazarında kullanılan geleneksel alüminyumlara göre çok daha iyi özelliklere sahiptir. Temelde en yüksek mukavemetli ve düşük yoğunlukta bir malzemedir ve artı olarak yüksek sertliğe, korozyon direncine sahiptir ve kaynaklanabilir. Ancak havacılık sanayisinde alternatif metaller olarak bahsedilen yeni malzemelerin çoğu, örneğin nikel 718, titanyum 6AL4V, paslanmaz 15-5PH ve alüminyum 6061, on yıllarca yıl önce geliştirilmişti. Örnek olarak titanyum alüminiti ele alalım. 1970 yılında meydana çıktı, ancak havacılık sanayisinde 2000'li yıllarda daha sık kullanılmaya başlandı. Bugün, motor 1100°F (600°C) sıcaklığın altında çalışmadığı sürece motor genelinde birçok alanda kullanılmaktadır. Bu nedenle kompresör kademesi için mükemmeldir. Gerçekten yeniden ortaya çıkmaya başladığını ve türbin kısmında nikel bazlı alaşımların bir kısmının yerine geçebileceğini düşünüyorum. Titanyum 5553 aslında gerçekten yeni olmayan bir başka malzemedir, ancak özellikle iniş takımı parçaları başta olmak üzere bugün birçok yerde bu malzemeyi daha fazla görmeye başladık. Eğer Boeing Dreamliner 787'ye bakarsanız, titanyum 553 bu uçakta yoğun bir şekilde kullanılmaktadır. Ancak yine de bu malzemelerin tamamında olduğu gibi, tasarım ve verimlilik açısından yeni bir malzeme ortaya çıkardığımızda, kesme takımlarından beklentileri de artırıyoruz. Eğer titanyum 5553'ün işlenebilirliğine bakarsanız, geleneksel titanyum 6AL4V'nin fener mili hızının yüzde 50 ila 60'ı arasında bir hızda çalıştığını görürsünüz - bu da büyük bir fark anlamına gelmektedir ve kesici takım firmaları bu değerlerin üzerinde olmak için büyük çaba sarf etmektedir. Konu talaşlı imalat olduğunda, takım tezgahı endüstrisi de yeni malzemeler ve yeni kullanımlardaki gelişmeler doğrultusunda hızlı bir şekilde değişmektedir - ve kompozitler gibi malzemelerde rekabetçi olmak için bunu yapmak zorundadır, çünkü bu malzemelerle çalışabilmek için gerçekten özel tezgahlara sahip olmanız gereklidir. Takım tezgahlarının iyileşme sağladığı en önemli alan ise hassasiyet olmuştur - Modern bir takım tezgahının hassasiyeti gerçekten olağanüstüdür. Eğer eksen sayısındaki artışa ve Coromant Capto gibi gelişmiş fener millerine bakarsanız beş adımda veya beş ayarda üretilebilen bir metal parçanın üretimi artık tek kademede veya ayarda mümkün olabilmektedir. Takım tezgahlarında hızlı değişimler gördüğümüz diğer alanlar da tork ve güç olmuştur. Titanyum gibi bazı yeni alaşımlarda metali, hızlı ve verimli bir şekilde boşaltabilmek için genel olarak çok düşük fener mili hızlarında çalışılmaktadır. Yani, modern takım tezgahlarında yüksek güç ve tork için güçlü bir ihtiyaç ve çaba söz konusudur. Bu sayede ilerlemeler 3 boyutlu baskı, sanal işleme ve kompozitler gibi yeni teknoloji alanlarında takım tezgahı endüstrisini ve talaşlı imalatın ön sıralarda yer almasını sağlamıştır. Uygulamalar ve malzemeler arasındaki rekabet gerçektir, ancak bir kesici takım şirketinin sadece kesici takıma odaklandığı günler geçmişte kalmıştır. Şimdi birçok yeni teknoloji ile işbirliği halindeyiz. Neredeyse son şekline yakın parça üretimi yapan su jeti teknolojisi gerçekten teşvik edilmektedir. Bu gerçekten CAM ortamını da zorlamaktadır ve ilerletilmesi gereklidir. Ek katkı ve lazer henüz büyük yapılarda kullanılmamaktadır, ancak bunlar kritik olmayan parçalarda kesinlikle kullanılmaktadır. Soğutma tekniği (crygenics) veya sıvı nitrojen ile alternatif kesme sıvısı verme yöntemleri bazı nikel bazlı alaşımlarda kullanılmaya başlanmaktadır. Ve lazerin kesme kenarından önce malzemeyi ısıttığı bir teknik olan lazer destekli işleme titanyumda oldukça olumlu sonuçlar vermektedir - yani bu da havacılık sanayi tarafından teşvik edilmektedir. Rekabetçi bir ortamda dahi farklı teknolojiler arasında yapılan işbirliği gerçekten yeni tekniklerin ve yöntemlerin bulunmasını sağlamaktadır. Bu yeni gelişmelerden bir tanesi de yüksek basınçlı kesme sıvısıdır (veya ultra yüksek basınçlı kesme sıvısı). Talaşlı imalatın teknolojinin ön sıralarında yer almasını sağlayan bir başka faktör de budur ve özel takım tezgahı ekipmanlarında bir türbin diski gibi konularda gerçekten üstün bir çözümdür. Eğer bu karmaşık parçaların çoğunun nikel alaşımlarından ve mikro yapıya sahip malzemelerden yapıldığı düşünülürse yüksek basınçlı kesme sıvısı yüksek seviyede üretkenlik sağlamak için doğru takım ve doğru programlama ile mükemmel bir uygulamadır. Yüksek basınçlı (HPC) ve ultra yüksek basınçlı kesme sıvısındaki (UHPC) ilerlemeler sayesinde çok sayıda yeni tanımlamalar ve endüstri standartları ortaya çıkmıştır. Bugünkü anlamı ile HPC'nin 1160 psi (80 bar) basınca, UHPC ile 1400 psi'ye kadar daha yüksek basınçlar sunmaktadır. HPC uygulamalarında, kesme sıvısı tipi süper alaşımlı tornalama uygulamaları için önemlidir, ancak ne şekilde püskürtüldüğü çok önemlidir. Sandvik Coromant'ın yüksek hızlı kesme sıvısı yaklaşımını ele alalım. Bu tasarımda kesme sıvısı normal kanaldan dümdüz kaplinin arka tarafına gitmektedir, bu sayede ek bir izolasyon yatırımının yapılmasına gerek kalmamaktadır. Yüksek hassaslıkta jet nozullarındaki sır onların kesici kenara yakın konumlanmalarıdır ve paralel katmanlı akış olarak tanımladığımız bir şey oluşturmaya çalışıyorsunuz. Bu aslında talaşın kaldırılmasına, temas uzunluğunun azaltılmasına ve talaşı kırmak için bir hidrolik kama oluşmasına yardımcı olmaktadır. Nikel alaşımlar söz konusu olduğunda bu talaşların kırılması çok zordur. Geleneksel HPC ile UHPC arasındaki fark, ve UHPC yatırımının yapılması gerektiği zaman, çalışılan malzemeye bağlı olarak değişmektedir. Çentik aşınması, kesme bölgesinde aşırı ısı ve basınç nedeniyle oluşan problemli bir konudur ve Inconel 718 gibi gerçekten sert malzemelerde rastlanmaktadır. UHPC ile kesme kenarı aşınmasının azaltılmasını ve takım ömrünün uzatılmasının önemli avantajları bulunmaktadır, bunun temeli sıcaklığın azaltılması ve bir UHP hidrolik kama etkisi ile kesmenin desteklenmesidir. Aynı zamanda üstün talaş kırma özellikleri sunar. HPC ve UHPC ile titanyumun tornalanmasındaki hedef minimum yüzde 30 daha yüksek fener mili hızıdır ve verimliliği, talaş kontrolünü ve takım ömrünü önemli oranda iyileştirir. Aslında, titanyumda yüzde 40'a kadar daha hızlı çalışılabilir ve daha düşük fener mili hızlarındaki aynı takım ömrüne sahip olabilir. Sadece kesici takımlarla sınırlı kalmayarak talaşlı imalat teknolojisinin ön sıralarında kalarak ve aynı zamanda da takım tezgahlarını da kapsayan daha bütünsel bir yaklaşımla, bu malzemelerin üretilmesi ve bu malzemelerden parçaların yapılması alanındaki yeni teknolojilerden bazıları havacılık sanayisindeki üretimin rotasını belirleyecektir. Eğer bu teknolojilerde önde yer alırsak ve metalleri yönlendiremeye devam edersek, bunlar her zaman herhangi bir uçakta kullanılabileceklerdir.