VONKVERSPANENDE OPLOSSINGEN IN LUCHTVAARTSECTOR
De luchtvaartindustrie is een groeimarkt. Maar de legeringen die hierin worden gebruikt, zijn niet altijd even gemakkelijk te bewerken.
Eroderen van c1023
Aan de universiteit van het Spaanse Bilbao is onderzoek gedaan naar welke parameters het meest van invloed zijn op het eroderen van C1023, een nikkelsuperlegering. Dit materiaal wordt onder andere gebruikt in geleidingsschoepen van turbines. Omdat dit een lastig te verspanen materiaal is, wordt voor het aanbrengen van slots met een hoge aspectratio in deze schoepen zinkvonken toegepast. De Spaanse onderzoekers komen tot de slotsom dat de slijtage aan de elektrode optimaal is wanneer je vonkt met een combinatie van hoge stroom, hoge pulstijd en lage spanning. Met die combinatie bereik je ook de beste bewerkingstijd.
Inconel vonken
Onderzoekers van de Chinese technische universiteit van Shandong hebben gekeken naar het draadvonken van Inconel 718, een andere, veelgebruikte superlegering in de turbine-industrie. Ze hebben met name de relatie onderzocht tussen de oppervlaktekwaliteit en de energie waarmee wordt gevonkt. Inconel draadvonken is immers een aantrekkelijke technologie vergeleken met bijvoorbeeld frezen of slijpen, onder andere als het om complexe vormen gaat. De kwaliteit van het oppervlak levert in de praktijk echter nogal eens problemen op. Op een Sodick A280 L hebben de Chinese onderzoekers testen gedaan met demiwater als diëlektricum. Hun eerste bevinding is dat de richting waarin je vonkt van weinig invloed is op de oppervlakteruwheid die je krijgt. Wel blijkt dat, als je de hoeveelheid energie waarmee je vonkt reduceert, de ruwheid van het oppervlak significant verbetert (van 3,75 µm naar 1,25 µm). Als je bij de eindbewerking de hoeveelheid energie van de vonk nog verder terugbrengt, verminder je het ontstaan van de typische witte laag na het vonkproces. Dit is overigens een constatering die ook voor andere materialen geldt. Het vonkproces verloopt voor Inconel 718 dus niet anders.
Halvering productietijd
Een derde luchtvaartmateriaal dat aan bod kwam in de presentaties is MAR-M247, een legering die eveneens veel in de turbine-industrie wordt toegepast. Het IWF, een onderzoeksinstituut van de Technische Universiteit van Berlijn, heeft zich met deze studie beziggehouden. De turbine-industrie gebruikt dit materiaal omdat men hiermee de temperatuur en de druk in de straalmotor van een vliegtuig hoger kan laten oplopen, wat nodig is om het brandstofverbruik te verminderen. Met zinkvonken worden in de componenten diepe caviteiten aangebracht. De Berlijnse universiteit heeft de testen gedaan op een Genius 1000 van Zimmer&Kreim van het Fraunhofer IPK. MTU Aero Engines was als producent van turbinecomponenten hierbij betrokken. Het doel van het onderzoek was diens productieproces te optimaliseren. Als diëlektricum werd IonoPlus IME-MH van Oelheld gebruikt. Er werd gevonkt met grafietelektrodes. Tot dan toe had MTU Aero Engines in totaal 48 minuten nodig om de slots aan te brengen. Met de nieuwe technologie wordt die tijd meer dan gehalveerd, namelijk nog slechts 21,9 minuten. De pulsduur en de ontladingsstroom zijn de twee belangrijkste parameters om het proces te optimaliseren. Daarnaast hebben de onderzoekers aangetoond dat een bredere spleet tussen werkstuk en elektrode voor een betere spoeling zorgt, wat het totale proces versnelt. Dit gaat niet ten koste van de oppervlakteruwheid, die met een Ra-waarde kleiner dan 6,3 µm goed bleef. De halvering van de productietijd is volgens de Duitse onderzoekers nog niet het maximaal haalbare. Verder onderzoek naar de optimale pulsduur voor elke vonk en die dynamisch aanpassen tijdens de bewerking, kan de productietijd verder verkleinen.
Conclusie: veel onderzoek nodig
“De vonkspleet is nog altijd een fenomeen dat we niet helemaal begrijpen. We weten niet hoe de energie gedistribueerd wordt", zegt professor K. Rajurkar. Dit vraagt om verder onderzoek, met name omdat moeilijk verspaanbare materialen meer en meer toegepast worden. Rajurkar pleit ervoor intensiever de vonkspleet te monitoren. Een suggestie van zijn kant als je materialen met een lage warmtegeleiding moet bewerken, zoals titaanlegeringen, is de producten eerst voor te frezen en dan pas te gaan vonken voor de eindmaat. “Dat scheelt de helft van de productietijd", weet Rajurkar.