航空制造的矛与盾:陶瓷刀具也能切削合金

凭借着最新的航空发动机的设计上开式越来越多的使用耐高温的材料,SteedWebzell公司开始考虑最新的方案去应对挑战。
凭借着最新的航空发动机的设计上开式越来越多的使用耐高温的材料,SteedWebzell公司开始考虑最新的方案去应对挑战。

凭借着最新的航空发动机的设计上开式越来越多的使用耐高温的材料,SteedWebzell公司开始考虑最新的方案去应对挑战。

为了满足减少二氧化碳排放的环保要求,航空发动机制造商不得不制造能够使飞机的飞行高度更高,耗油率更低的部件。然而,这意味着部件将会面临更加严酷的热环境,因此,诸如耐热超级合金(HRSAs)和先进的钛合金材料开始越来越多地被采用。

对于需要旋转的发动机零部件,陶瓷叶片近来已经被机械车间关注,以及最新发展之一的是采用了该公司的新的JP2旋转级别的NTK公司的Bidemic系列。根据NTK公司的说法,JP2旋转级别能够在15倍的旋转速度条件下完成陶瓷叶片的加工。

这一系列有涂层的多尖端插入的钎焊可以在其表面以超过500米/分钟的速度运转,并且据说可以克服之前关于割铬镍铁合金结束时陶瓷边缘碎裂的担忧。这是归功在加工过程中于有很强的耐高温特性的锡涂层掺杂其中。它适用于加工深度从0.1mm到0.3mm的范围,包括铬镍铁合金,雷内合金和镍基合金材料。

当然,各发动机部件和材料都有着其自身的转动挑战。一个典型的例子是由铬镍铁合金718 ,瓦斯帕洛伊变形镍基耐热合金或尤迪麦特镍基耐热合金720制成的涡轮盘。在这里,推荐另一种陶瓷刀片,该公司的GC6060。

由于当转弯HRSAs时切削区的高温,冷却液的成功发展与它的精准部署有关。据山特维克克若曼特说,使用高精度的喷嘴的秘诀是把它们直接分布在刀尖位置。这可以让操作者创建一个平行的层流,这有助于抬起碎片,减少接触长度,并创建一个液体边界来打破碎片。

山高刀具对这个思路表示赞同,指出HRSAs难以切割材料。“此外,耐热材料本身是热的不良导体,” 山高的英国技术中心技术员斯宾塞•亚当斯如是说。“在切削区温度通常可以达到1100-1300˚C,如果不能迅速将热量导出可缩短刀具寿命,甚至引起工件变形。”

“除了部署锋利的切削工具,采用高压直接冷却液可以帮助提高生产率。如果HRSA材料的切割速度为50米/分,这种类型的冷却剂系统可以使切割速度高达200米/分,因此输出功率会是原来的四倍。”

山高公司的最新的射流刀具技术专门为车削钛合金和旋磨术而设计,并指出旨在具体定位的冷却液喷射技术是应用在切削区。上部的喷射的冷却剂喷射至前倾面的最佳点,同时,附加喷射冲洗间隙表面。

其他方面,美国国籍的刀具专家,KORLOY已经证实了使用以PC5300为底物的切削器旋转刀片有良好的工程效果。英国Cutwel公司的刀片据说在提供在高切削温度的条件下抗氧化性能和硬度,从而防止出现常见的故障,比如磨损,崩刃等。

采用上述由铬镍铁合金628制成的内部和外部旋转支撑器的CNMG式插入件,一个试验表明工具使用寿命可以通过使用PC5300延长25%。这是由50-80米/分钟的切削速度,0.25毫米/转进给量和切削深度0.2-0.7mm来实现。

因此,铣削是什么?许多相同的原理和技术已经开始应用。例如,NTK公司表示,其SX9型号陶瓷刀片迄今为止是公司质量最好的铣削型号刀片,能够提供超越800米/分钟的加工速度。它一般由铣削铬镍铁合金706,713和718制成。

在山特维克可罗曼特,特定的应用为使用陶瓷而设定,考虑使用车铣复合机的HRSA涡轮机匣。在此,公司推荐使用他们公司的CoroMill 300C陶瓷切削工具,就像在车削中的应用,能够提供更高耐热的碳化物。

WNT公司是另一个模具专家,也证实了在航空发动机材料上进行铣磨具有良好的结果。例如,该公司的包覆HCN 5235和HCF 5240材料的刀片插入,能够提供几何呈递一个正前角的材料,这在实现精度和表面质量的加工具有高铬,镍或钛含量材料时,这是至关重要的。

在客户试用的过程,HCN 5235型号的刀片安装直径为80mm的A2700的铣刀面上,并在无冷却液的条件下切割耐热X15CrNiSi20-12材料的时候表现出了很好的效果。在1mm的切割深度,210米/分钟的表面切割速度,0.15毫米/齿进给速率,以及60毫米切割宽度的工况下,加工时间减少了40%,而刀具寿命增加了50%,切断长度增加至11.7米。

在沃尔特公司,最近的研发重点一直是钛合金铣削。随着对27⁰螺旋角度,具有可调节的径向冷却液出口设计,M3255可以同时执行方肩铣以及全开槽处理。沃尔特公司推荐使用在WSP45S级的最新的四刃虎技术。

另一个即将上市的钛合金刀片是KCSM30等级的。配备细晶粒硬质合金基体和氮化铝钛PVD涂层,其等级据说可以达到70m米/分钟的切割速度。这部分要归功于纳金属独有的高温爆融的属性,其中的冷却剂通道通过刀片切削刃进行冷却液输送。

移动到整体硬质合金铣刀的高温合金,山高公司的Jabro 78范围的材料专门为材料设计,如镍铬合金等。在它的新颖的设计特点是差分间距,这会导致对齿轮的影响是不均匀的,从而有助于减少振动和颤动。

当加工的最新航空发动机的材料时,任何工具的磨损将增加切割力以及元件表面的加工硬化,这可能导致在操作期间发生裂解。考虑到这一点,最近对硅藻土的关注点一直在寻找硬质合金和微观或宏观的几何形状的优化组合,以及削减策略,以避免震动的发生。

从这项研究得出的最新结果是刀具铣削程序。作为优化棒状几何形状的结果,斜坡有可能高达45°的倾斜角,因为是2xD的孔深度。该公司指出,对这些材料钻孔是困难的,因为在切割和引导区是与孔表面一直接触。然而铣刀进入并在每一转时与材料分离,因此可以冷却下来。这是一个有益的点,一个为发动机部件生产商提供真正竞争力的技术领域的决心指示。

作者:航空制造网

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