Tillverkning inför uppskjutning

dec 12, 2023 | Fräs, Verktyg

I maj 2023 sattes ett nytt rekord inom rymdresor: Vid tillfället befann sig 20 personer samtidigt i rymden. Bland de många rymdresor som genomfördes under året blev Virgin Galactics ”Galactic 01” den första kommersiella rymdresan (en s.k. suborbital flygning) för företaget, och även SpaceX har börjat förbereda den första kommersiella rymdpromenaden. Från rymdturism till raketinnovationer – människan tar sig allt djupare in i ”det stora svarta”. Men vad vet vi om de verktyg som krävs för att tillverka den rymdtekniska utrustningen? Här beskriver William Durow, Global Engineering Project Manager för rymd, försvar och flygindustri hos Sandvik Coromant, viktiga faktorer kring skärande bearbetning för den yttre rymden.

Under senare år har mänskligheten tagit flera teknikutvecklingssprång framåt. I april 2023 sköt European Space Agency upp farkosten JUICE (JUpiter ICy moons Explorer), som beräknas nå Jupiters månar under 2030. Därefter tar det tre och ett halvt år att observera de tre månarna kring Jupiter. SpaceX planerar också ungefär 100 uppskjutningar i år, och NASA:s OSIRIS-Rex har precis återvänt till jorden, i september 2023. Det är bara några exempel på slutförda, pågående och framtida projekt som ska hjälpa oss att få mer information om vår galax. 

För att nå framgång i rymden finns det många faktorer att ta hänsyn till och för att genomföra en rymdresa krävs det detaljerad planering, många förberedelser och ett noggrant genomförande av varje steg, med kvalificerade rymdingenjörer och uppdragsledare. De material som används i rymdapplikationer måste dessutom klara svåraste tänkbara förhållanden – exempelvis vakuum, strålning, värmecykler och påfrestningar från mikrometeoriter.

Sega material

För att bygga något som ska vara anpassat för rymdförhållanden krävs en rad materialöverväganden i syfte att säkerställa säkerhet, prestanda och funktion under extrema förhållanden. Strukturmässigt måste materialen klara höga tryck och de krafter och spänningar som uppstår vid uppskjutning och under färd. Rymdfarkoster utsätts också för extrem hetta vid återvändandet till jordatmosfären, vilket innebär att de utvändiga materialen måste förhindra att farkosten brinner upp. Även andra komponenter, till exempel raketspetsen, måste bestå av värmebeständiga material. 

Vikt är ytterligare en faktor, i synnerhet för komponenter som raketens drivmedelstank: En lättare tank klarar strukturella påkänningar bättre och kan bidra till förbättrad nyttolastkapacitet. Ju mer raketen väger, desto mindre nyttolast – i form av exempelvis satelliter, vetenskapliga instrument och besättning – kan den ta med sig ut i rymden. Om drivmedelstankarna har lägre vikt kan en större andel av raketens totala vikt användas för nyttolast, så att uppdragsresurserna maximeras.

Vanliga material för den här typen av applikationer är varmhållfasta superlegeringar (HRSA, heat resistant super alloy). Sådana material passar bra i rymden, tack vare hög förmåga att klara tuffa förhållanden. Men deras egenskaper innebär vissa utmaningar vad gäller bearbetning.  

Varmhållfasta superlegeringar är utvecklade för att klara extrema temperaturer, mekaniska påkänningar och korrosiva miljöer, och de används främst i applikationer där konventionella material inte fungerar på grund av begränsande egenskaper under extrema förhållanden . Varmhållfasta superlegeringar bibehåller sina mekaniska egenskaper och sin strukturella hållfasthet vid mycket höga temperaturer (ofta över 1 000 °C), och har utmärkt krypningsbeständighet samt bra termisk stabilitet. De används i komponenter som turbinblad, avgasmunstycken och förbränningskammare.

Men även varmhållfasta superlegeringar har begränsningar – i synnerhet ur bearbetningssynpunkt. Materialen är metallurgiskt sammansatta för att bibehålla sina egenskaper när de utsätts för extrema temperaturer, vilket även innebär att det genereras kraftiga påfrestningar när materialen bearbetas. De nickelbaserade superlegeringarna har en unik förmåga att bibehålla egenskaperna nära sin egen smältpunkt – därmed är de svårbearbetade.

Ett annat vanligt material i rymdapplikationer är titan. Titan är en metall med låg vikt. Med en densitet på omkring hälften av stålets, bidrar titanet till att minska rymdfarkostens totala vikt, vilket leder till högre bränsleeffektivitet och nyttolastkapacitet. Titanet är också mycket korrosionsbeständigt och har bra motstånd mot s.k. atomärt syre. Därmed är titanet lämpligt för låga omloppsbanor runt jorden, där materialets oxidskikt skyddar mot det atomära syrets höga reaktionsbenägenhet. 

De här fördelarna gör dock titanet svårbearbetat. Skärverktygen måste vara vassa, kunna behålla egglinjen och ha enormt hög motståndskraft mot förslitning, för att klara titanets höga hållfasthet. Samtidigt kan dess låga värmeledningsförmåga – jämfört med exempelvis stål eller rostfritt stål – leda till att värme ackumuleras vid bearbetning, vilket kan orsaka verktygsförslitning i förtid. 

Hänsynstaganden inför bearbetning 

För bearbetning av varmhållfasta superlegeringar krävs det särskilda verktyg och tekniker – vad måste rymdingenjörerna ta i beaktande? Först och främst måste de göra överväganden kring skärverktygsmaterialet. Hårdmetall är det oftast valda alternativet men det finns även andra alternativ, som keramer för grovbearbetning och kubisk bornitrid (CBN) för finbearbetning av varmhållfasta superlegeringar, eller polykristallin diamant (PCD) för finbearbetning av titanlegeringar. Verktygsbeläggningar och geometri är andra viktiga faktorer att beakta. Den här typen av material skjuvas gärna, så en vassare geometri är vanligen ett bättre alternativ för att inte generera värme under bearbetningen. Tunna sega beläggningar är att föredra. Fysikalisk ångdeponering (PVD) är i allmänhet första val för varmhållfasta superlegeringar men för svarvning i titan bör en obelagd sort vara första val.

Varmhållfasta superlegeringar bearbetas vanligen vid lägre skärhastigheter (varv/min) än konventionella material. Detta för att förhindra värmeuppbyggnad och strålförslitning. Att justera matningshastigheter och skärdjup har också avgörande betydelse för att uppnå effektiv bearbetning. Även rätt kylningsstrategi är avgörande, på grund av den värmemängd som varmhållfasta superlegeringar och titan genererar under bearbetningen. Högprecisionstillförsel av skärvätska används ofta för att underlätta spånbrytning och leda bort värme. Det är också en god idé för tillverkarna att övervaka verktygsförslitningen, i syfte att minska risken för skärskador som annars kan leda till skador på dyrbara komponenter. 

Sidfräsning med hög matning är en metod som Sandvik Coromant rekommenderar för bearbetning av rymdkomponenter. Tekniken går ut på att ha ett litet radiellt ingrepp i arbetsstycket, vilket möjliggör högre skärhastigheter och matningar samt axiella skärdjup med mindre värme och lägre radialkrafter. För att stödja metoden har Sandvik Coromant utvecklat CoroMill® Plura HFS-sortimentet för sidfräsning med hög matning. Sortimentet, som innefattar en rad pinnfräsar med unika geometrier och sorter, består av två pinnfräsfamiljer. Den ena familjen är optimerad för titanlegeringar och den andra för nickellegeringar.

Unika krav

Titan och varmhållfasta superlegeringar är viktiga material i den ”moderna rymdkapplöpningen”, men experterna utvecklar också nya material fortlöpande. De flesta organisationer i branschen utvecklar egna, unika materialblandningar för att ligga i framkant och nå nya framgångar i kapplöpningen.

Sådana materials sammansättning och innehåll är ofta en affärshemlighet – det kan röra sig om titanlegeringar, ablativa material, kol-kol-kompositer eller helt andra varianter. Rymdfarkostingenjörerna känner till ”materialrecepten”, som också avslöjas för maskinverktygsleverantören.

Sandvik Coromant har rymduppdragsexpertis runtom i världen, och flera FoU-team som sysslar med att ge råd om de bästa verktygen och metoderna för uppdragen. Sandvik Coromants team arbetar tillsammans med kunden för att hitta den bästa bearbetningslösningen för de aktuella materialkraven. Arbetet kan innefatta testning på en säker plats samt rådgivning om verktygsval och bearbetningsmetoder. 

Insatserna är höga när man ska utveckla komponenter för yttre rymden. Minsta kvalitetsbrist kan sätta stopp för uppskjutningen, så noggrannhet i varje steg av tillverkningsprocessen är av yttersta vikt. Det gäller även vid val av material och bearbetningsmetod för varje komponent. Tillverkare som vill nå framgång bland stjärnorna måste väga materialens seghet mot de bearbetningsutmaningar som segheten medför. Att ha tillgång till rätt bearbetningskunskaper och robusta verktyg är en förutsättning för att kunna ta nästa språng framåt. 

Brotschen med nio liv 
MAPAL har lanserat en ny serie av flerskärsbrotschar med cylindriskt skaft och lödda skäreggar. Inom intervallet för solida hårdmetallbrotschar, tillför detta nya...
Historia möter nutid när Edeco jubilerar
2024 fyller den värmländska verktygsspecialisten Edeco jämna år. 40 år har passerat sedan grundarna Leif Edström, Per-Olof Nilsson och Jan-Erik Malmquist tog beslutet...
Gühring Sweden växer
Gühring Sweden AB, ett dotterbolag till det tyska Gühring, en av världens främsta leverantörer av skärande verktyg, har under december och januari utökat sitt team med...
SMV Verktyg satsar och utökar sin säljstyrka
SMV VERKTYG satsar och utökar sin säljstyrka med tekniska säljarna Henrik Hviid och Teddy Hjelte. Båda har erfarenhet inom verkstadsindustrin och ser framemot sina nya...
En pålitlig gängtappslösning
GARANT Master Tap Alu är en gängtapp för alla typer av aluminium och ickejärnhaltiga legeringar. Gängtappen är specialutvecklad med dynamisk spiralstigning i...
För tillförlitlig och kostnadseffektiv plan- och profilfräsning
Sandvik Coromant – specialisten på skärverktyg – lanserar det nya fräskonceptet CoroMill® MR80, som är anpassat för krävande grovfräsning i ett brett applikationsområde...
Kuggfräsar på rekordtid
Med sin verktygskonfigurator (HTC – HORN Tool Configurator) erbjuder Horn möjligheten att leverera kuggfräsar med kort ledtid. Horn fokuserar på sitt eget cirkulära...
Förbättra din maskinbearbetning med utökat verktygssortiment
Dormer Pramet har nöjet att presentera sitt senaste sortiment av verktygssystem. Det nya sortimentet innehåller en rad avancerade fastspänningsverktyg för fräsning,...
Ny högpresterande sort för virvelgängning
SG3P är namnet på den nyutvecklade högpresterande Horn-sorten som ger användaren nya möjligheter när det gäller prestanda och verktygslivslängd vid virvelfräsning av...
Vibrationsfri Gängfräsning med SmiCut
SmiCut, ett svenskt företag med ett rikt arv som en banbrytare inom skärande verktyg, har markerat sin närvaro på EMO 2023 med ett spektakulärt genombrott inom...
Nya mångsidiga fräsar – Barrelmills
Femaxlig bearbetning används alltmer eftersom den ger betydande fördelar genom att komplexa komponenter kan bearbetas i en och samma maskinuppspänning. Metoden ger hög...
Sandvik Coromant lanserar en ny varumärkesidentitet
För ett starkare fokus på sitt engagemang för innovation och hållbarhet lanserar Sandvik Coromant en ny varumärkesidentitet. Som en integrerad del av den nya...
Hoffmann ny partner för Iscar
Iscar Sverige AB är ett dotterbolag till Iscar Ltd som ingår i den internationella koncernen IMC, ett världsledande företag inom utveckling, tillverkning och...
Planfräsning av ansatser
Bearbetningsindustrin genomgår just nu stora förändringar men det är som alltid svårt att föreställa sig hur det skulle gå till att genomföra komplexa...
Nya produkter och en upplevelse i mixed reality technology
Mitsubishi Materials kommer att ha en stark närvaro på årets EMO-mässa i Hannover som går av stapeln den 18-23 september.  Du hittar dem i hall 5, monter C18 Besökarna...
Mapal på EMO 2023
EMO i Hannover står på tur i september som av årets största internationella mässor. MAPAL kommer att ha en monter på 480 m2 i Hall 4, monter nr. A18. Fokusområdena...
Iscar på EMO
EMO i Hannover är en av världens största mässor inom bearbetning och maskinteknik och för ISCAR är det viktigt att kunna visa upp nyheter inom flera områden. LOGIQ3CHAM...
TechPoint Systemteknik AB ingår partnerskap med Mikron Switzerland AG
TechPoint Systemteknik AB och schweiziska Mikron Switzerland AG har inlett ett partnerskap med produkter för skärande verktyg av högsta kvalitet för metallindustrin....
Varför ett strategiskt samarbete är den perfekta medicinen för Permedica
Verksamheten har vuxit så snabbt för Permedica, den italienska tillverkaren av medicinska implantat, att den knappt kan hålla jämna steg med efterfrågan. I samarbete...
Seco JS754 Stub-serien ger mångsidighet och värde för fräsning av sega material
Seco JS754 Stub-serien är avsedd att lösa problemet med svåra och instabila bearbetningsförhållanden på grund av långa verktygsöverhäng. De har pinnfräsar med kort...
Dormer Pramet avsticknings- och spårsvarvningssortiment
Dormer Pramet har ett omfångsrikt program med avsticknings- och spårsvarvningsverktyg, som har utvecklats till en effektiv lösning för våra kunder och det utvidgas hela...
Gesac imponerar igen!
Få, om ens någon, visste var resan skulle sluta då värmländska Edeco Tool och verktygs-giganten Gesac inledde sitt samarbete under våren 2016. Idag, drygt sju år...
G-Mold μ fräs – för hög precision vid tillverkning av formar
Formtillverkning spelar en viktig roll i flera branscher och det ställs höga krav på skärverktygen - det är trots allt en nyckelkomponent för att säkerställa...
Effektiv högmatningsfräsning
Sedan ett antal år tillbaka har högmatningsfräsar konstant ökat på marknaden. Ravema har sedan länge haft ett mycket starkt utbud i detta produktsegment och ser att...
Stark högmatningsgeometri
Verktygstillverkaren Dormer Pramet släpper en ny stark HM-geometri inom sin populära, dubbelsidiga högmatningsserie SNGX 11. HM-geometrin är idealisk att använda till...
MA90 – ny tangentialfräs
Kyocera utvidgar sitt produktprogram med en helt ny hörnfräs med tangentialmonterade skär. MA90 fokuserar på hög noggrannhet och med den stora släppningen under skären...
Utprovat men under ständig förbättring
HELIMILL och HELI2000 är ett sortiment av fräsar med rektangulära spiralformade skär. När HELIMILL och HELI2000 lanserades var det en revolution för hörnfräsning tack...
Nya möjligheter för ekonomisk planfräsning
Dormer Pramet har lanserat en ny och mycket ekonomisk planfräsfamilj med negativa, åttakantiga skär och en rad planfräsar av olika storlekar, som täcker in ett stort...
Ökar produktiviteten utan att tumma på verktygslivslängden eller bearbetningssäkerheten
Sandvik Coromant, utökar sortimentet av solida CoroMill® Plura HD-pinnfräsar för tung grovbearbetning i stål och rostfritt stål med två nya sorter. Denna nya...
Kraften i enkelheten
Dormer Pramet lanserar nya produkter och utökar sortimentet för att förenkla bearbetningsprocessen och hjälpa maskinoperatörer att få tillgång till de skärverktyg som...
Utökat utbud av mångsidiga och solida CoroMill® Dura-pinnfräsar
Skärverktygsspecialisten Sandvik Coromant utökar sortimentet med mångsidiga och solida CoroMill® Dura-pinnfräsar med verktyg som är särskilt framtagna för aluminium. ...
Nya verktyg och skär för längdsvarvar
I längdsvarvar och andra maskiner där små detaljer tillverkas är det viktigt med verktygslösningar som genererar låga skärkrafter och precision.  Eftersom...
Nio skäreggar för högre avverkningshastighet
Spårfräsning, avfräsning eller kuggfräsning: det här är bara tre fräsningsprocesser som det cirkulära interpoleringsfräsningssystemet från Paul Horn GmbH utför...
Framgångsrika verktygstester
Verktygsmaterial som gör märkbar skillnad för prestanda och livslängd. Det är vad man hittar hos Uppsalaföretaget VBN Components AB och deras legeringar. VBN har alltid...
Klara enkelt av krävande applikationer med nya Seco High Feed SP Milling Systems
Fräsning svårbearbetade material som segt stål, rostfritt stål, superlegeringar och titan orsakar löseggsbildning, strålförslitning och skärbrott som ökar...
5-skärig pinnfräs med spåndelare
VQ, den bästa serien av hårdmetalls pinnfräsar från Mitsubishi Materials, har nyligen utökats med en ny innovativ fräs.  Fulländad spånform för effektiv spånevakuering....
Ny planfräs för bättre hållbarhet vid aluminiumbearbetning
Optimal ytfinhet för alla volymer  Med ett omfattande och diversifierat program av verktyg för brotschning, borrning och fräsning och många års erfarenhet av...
Utbytbara keramiska fräshuvuden klarar värmen vid HRSA-bearbetning
Specialisten på skärverktyg och verktygssystem Sandvik Coromant utvidgar serien med utbytbara keramiska fräshuvuden och lanserar en ny keramisk sort för...
Nytt sortiment av mångsidiga solida pinnfräsar
Specialisten på skärverktyg och verktygssystem, Sandvik Coromant, presenterar ett helt nytt sortiment av avancerade, mångsidiga solida pinnfräsar. CoroMill® Dura...
Spiralfräs ger höga prestanda till en lägre kostnad per egg
För att ge tillverkare möjlighet att möta kundernas behov av lägre komponentpriser, har det nya frässystemet Seco Helical SN8-13 dubbelsidiga skär med åtta skäreggar...
”Here beats the heart of metalworking”
Den 13 till 17 september slogs portarna återigen upp till årets ledande utställning AMB i Stuttgart. Tyska Paul Horn hade som året motto "Here beats the heart of...
Minimässa hos Colly Verkstadsteknik
I april tidigare i år hade Colly ett öppet hus (och minimässa) med extra fokusering på deras slipverkad. Konceptet och mottagandet var så bra att man bestämde sig för...
Öka mångsidigheten och sänk kostnaderna med snabbväxlingssystemet för fräshuvuden Seco X-Head
För att ge tillverkarna mångsidighet och mervärde har Seco lanserat sitt nya snabbväxlingssystem för fräshuvuden X-Head. Med systemet kan användarna snabbt och enkelt...
Mapal på AMB 2022
AMB-mässan öppnar åter igen sina dörrar i Stuttgart från den 13 till 17 September. Med en monter på 390 m2 i hall 1 på plats D10 presenterar Mapal tydligt sina fyra...
Högmatningsfräsning av rotorer – tryggare, säkrare och mer effektivt
Med längder uppemot 6 meter och vikter uppemot 30 ton är rotorerna som tillverkas hos anrika Björneborg Steel minst sagt imponerande. När man dessutom ska avverka...
Nya MAPAL-kataloger: Hållande, hålbearbetning och fräsning
MAPAL lanserar nya kataloger för hållande verktyg, hålbearbetning och fräsning. Som en del i det har hela produktportföljen setts över, reviderats och kompletterats för...
Med sin mångsidighet sänker Secos fräsar kostnaderna för verktygslagret
Tillverkare som vill ha mångsidighet och precision vid bearbetning kan kombinera Seco Turbo 16 hörnfräsar och Helical Turbo 16 fräsar för att minska verktygslagret och...
Spårfräsning av smala spår
Paul Horn GmbH har utökat sitt system för spårfräsning av spår. Horn erbjuder verktygen i skärbredder från 0,25 mm till 1 mm, beroende på diametern. Beroende på...
Fräsfamilj med unikt frässkär för höga matningar
2018 introducerades fräsfamiljen LOGIQ4FEED, för fräsning med höga matningar, med ett 4 mm´s-skär och tillhörande fräskroppar i Ø12-52 mm. Nu kompletteras familjen med...
Multi-Master – En multifunktionell mästare
När ISCAR lanserade MULTI-MASTER för roterande fräsverktyg med utbytbara hårdmetallhuvuden i början av 2000-talet blev det början på en ny era för utvecklingen av...