航空製造的矛與盾:陶瓷刀具也能切削合金!

08-08

憑藉著最新的航空發動機的設計上開式越來越多的使用耐高溫的材料，SteedWebzell公司開始考慮最新的方案去應對挑戰。

為了滿足減少二氧化碳排放的環保要求，航空發動機製造商不得不製造能夠使飛機的飛行高度更高，耗油率更低的部件。然而，這意味著部件將會面臨更加嚴酷的熱環境，因此，諸如耐熱超級合金（HRSAs）和先進的鈦合金材料開始越來越多地被採用。

對於需要旋轉的發動機零部件，陶瓷葉片近來已經被機械車間關注，以及最新發展之一的是採用了該公司的新的JP2旋轉級別的NTK公司的Bidemic系列。根據NTK公司的說法，JP2旋轉級別能夠在15倍的旋轉速度條件下完成陶瓷葉片的加工。

這一系列有塗層的多尖端插入的釺焊可以在其表面以超過500米/分鐘的速度運轉，並且據說可以克服之前關於割鉻鎳鐵合金結束時陶瓷邊緣碎裂的擔憂。這是歸功在加工過程中於有很強的耐高溫特性的錫塗層摻雜其中。它適用於加工深度從0.1mm到0.3mm的範圍，包括鉻鎳鐵合金，雷內合金和鎳基合金材料。

當然，各發動機部件和材料都有著其自身的轉動挑戰。一個典型的例子是由鉻鎳鐵合金718 ，瓦斯帕洛伊變形鎳基耐熱合金或尤迪麥特鎳基耐熱合金720製成的渦輪盤。在這裡，推薦另一種陶瓷刀片，該公司的GC6060。

由於當轉彎HRSAs時切削區的高溫，冷卻液的成功發展與它的精準部署有關。據山特維克克若曼特說，使用高精度的噴嘴的秘訣是把它們直接分布在刀尖位置。這可以讓操作者創建一個平行的層流，這有助於抬起碎片，減少接觸長度，並創建一個液體邊界來打破碎片。

山高刀具對這個思路表示贊同，指出HRSAs難以切割材料。「此外，耐熱材料本身是熱的不良導體，」山高的英國技術中心技術員斯賓塞·亞當斯如是說。「在切削區溫度通常可以達到1100-1300?C，如果不能迅速將熱量導出可縮短刀具壽命，甚至引起工件變形。」

「除了部署鋒利的切削工具，採用高壓直接冷卻液可以幫助提高生產率。如果HRSA材料的切割速度為50米/分，這種類型的冷卻劑系統可以使切割速度高達200米/分，因此輸出功率會是原來的四倍。」

山高公司的最新的射流刀具技術專門為車削鈦合金和旋磨術而設計，並指出旨在具體定位的冷卻液噴射技術是應用在切削區。上部的噴射的冷卻劑噴射至前傾面的最佳點，同時，附加噴射沖洗間隙表面。

其他方面，美國國籍的刀具專家，KORLOY已經證實了使用以PC5300為底物的切削器旋轉刀片有良好的工程效果。英國Cutwel公司的刀片據說在提供在高切削溫度的條件下抗氧化性能和硬度，從而防止出現常見的故障，比如磨損，崩刃等。

採用上述由鉻鎳鐵合金628製成的內部和外部旋轉支撐器的CNMG式插入件，一個試驗表明工具使用壽命可以通過使用PC5300延長25%。這是由50-80米/分鐘的切削速度，0.25毫米/轉進給量和切削深度0.2-0.7mm來實現。

因此，銑削是什麼？許多相同的原理和技術已經開始應用。例如，NTK公司表示，其SX9型號陶瓷刀片迄今為止是公司質量最好的銑削型號刀片，能夠提供超越800米/分鐘的加工速度。它一般由銑削鉻鎳鐵合金706，713和718製成。

在山特維克可羅曼特，特定的應用為使用陶瓷而設定，考慮使用車銑複合機的HRSA渦輪機匣。在此，公司推薦使用他們公司的CoroMill 300C陶瓷切削工具，就像在車削中的應用，能夠提供更高耐熱的碳化物。

WNT公司是另一個模具專家，也證實了在航空發動機材料上進行銑磨具有良好的結果。例如，該公司的包覆HCN 5235和HCF 5240材料的刀片插入，能夠提供幾何呈遞一個正前角的材料，這在實現精度和表面質量的加工具有高鉻，鎳或鈦含量材料時，這是至關重要的。

在客戶試用的過程，HCN 5235型號的刀片安裝直徑為80mm的A2700的銑刀面上，並在無冷卻液的條件下切割耐熱X15CrNiSi20-12材料的時候表現出了很好的效果。在1mm的切割深度，210米/分鐘的表面切割速度，0.15毫米/齒進給速率，以及60毫米切割寬度的工況下，加工時間減少了40％，而刀具壽命增加了50％，切斷長度增加至11.7米。

在沃爾特公司，最近的研發重點一直是鈦合金銑削。隨著對27?螺旋角度，具有可調節的徑向冷卻液出口設計，M3255可以同時執行方肩銑以及全開槽處理。沃爾特公司推薦使用在WSP45S級的最新的四刃虎技術。

另一個即將上市的鈦合金刀片是KCSM30等級的。配備細晶粒硬質合金基體和氮化鋁鈦PVD塗層，其等級據說可以達到70m米/分鐘的切割速度。這部分要歸功於納金屬獨有的高溫爆融的屬性，其中的冷卻劑通道通過刀片切削刃進行冷卻液輸送。

移動到整體硬質合金銑刀的高溫合金，山高公司的Jabro 78範圍的材料專門為材料設計，如鎳鉻合金等。在它的新穎的設計特點是差分間距，這會導致對齒輪的影響是不均勻的，從而有助於減少振動和顫動。

當加工的最新航空發動機的材料時，任何工具的磨損將增加切割力以及元件表面的加工硬化，這可能導致在操作期間發生裂解。考慮到這一點，最近對硅藻土的關注點一直在尋找硬質合金和微觀或宏觀的幾何形狀的優化組合，以及削減策略，以避免震動的發生。

從這項研究得出的最新結果是刀具銑削程序。作為優化棒狀幾何形狀的結果，斜坡有可能高達45°的傾斜角，因為是2xD的孔深度。該公司指出，對這些材料鑽孔是困難的，因為在切割和引導區是與孔表面一直接觸。然而銑刀進入並在每一轉時與材料分離，因此可以冷卻下來。這是一個有益的點，一個為發動機部件生產商提供真正競爭力的技術領域的決心指示。

文章來源：aero-mag 由曹楠編譯、整理