航空零部件加工刀具
阅读1622次
您的位置:切削技术首页>技术专题>刀具应用>航空零部件加工刀具
点击此处:以获得带文本搜索器的该文页面
对于刀具制造商瓦尔特公司来说,航空工业是其新的重要发展方向。多年来,航空工业的标准加工范围不断扩大,瓦尔特“航空工程”部门也制定了大量特殊解决方案。
对于刀具制造商瓦尔特公司来说,航空工业是其新的重要发展方向。多年来,航空工业的标准加工范围不断扩大,瓦尔特“航空工程”部门也制定了大量特殊解决方案。
在航空制造业,很多零件的加工与其他行业不同。这些零件非常复杂,且难以加工。此外,材料的更新换代相当决,新材料以凉人的速度被开发出来。
长期以来,铝合金曾是标准的航空材料,但现在,这种状况已经改变。在最新一代飞机(如波音梦想客机,或空客A350XWB)中,铝合金材料的比例仅占大约20%。一架现代喷气客机,有一半是用复合材料(GFRP , CFC)制成。钛合金材料也变得越来越重要。
另一类材料为高温合金材料,包括高合金钢、钴基和镍基合金等,主要用于制造航空发动机。随着强度更高的新合金不断被开发出来,这些材料变得越来越难以加工。
除了这些方面以外,由于航空零部件的安全性要求,使其加工更具有特殊性。许多制造工艺都有严格的规范。通常,切削数据或刀具涂层都是预先设定的。
在实验室检查航空零部件的状况(例如:确定在刀具切削刃压力作用下,工件材料是否发生了不利的微观组织变化)代价不菲。因此,对于航空工艺师来说,加工可靠性是必须优先考虑的头等大事。由于工件材料和加工过程成本昂贵,工件一旦报废,将会造成巨大损失。
考虑到这些限制条件,唯一可能做的就是非常仔细地精确调整生产加工的各个环节。另一方面,考虑到航空工业的产能现状(对新飞机的需求量非常大),提高生产率的要求也十分迫切。由于现有的制造能力难以满足需求,因此,对任何闲置的加工能力都存在激烈的竟争。

解决方案与标准规范的结合

总部位于德国图宾根的瓦尔特公司航空加工部门公共事务经理Berllard Jageneaus是一个在提高生产率与遵守生产规范之间“走钢丝”的专家。他强调说:“在许多情况下,特定的解决方案至关重要,在航空发动机加工领域尤其如此。”制定完整的加工解决方案已成为一种趋势。飞机零部件制造商正越来越多地采用由单一供应商提供的刀具解决方案。
特定刀具解决方案的一个实例:为加工一种钛合金(Ti6Al4V)叶轮,确定采用的刀具包括一种直径16mm、刃数较多(5刃)的整体硬质合金铣刀。瓦尔特生产的这种无涂层铣刀采用了一种特殊硬质合金。

图1 航空零件的切削加工(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)

图2 瓦尔特开发的铣刀片和车刀片(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)

图3 瓦尔特公司为车削钛合金(如Ti6A14V)而开发的Skytec刀片系列,其中包括:NFT型精车刀片(高精度;高切削速度;周边烧结或周边磨削);NMT型半精车刀片(不稳定工件和内孔车削;曲线切削刃减小了切削力;周边烧结);NRT型粗车刀片(更高刚性,适合大批量加工;周边烧结)(鼠标悬浮窗口放大,单击查看放大全图)
由于生产规范限制,加工工艺多年变化不大。因此,合理的优化目标通常包括用现代硬质合金刀具替换老式的高速钢刀具。例如,某制造商原来使用高速钢铣刀(直径30mm , 5刃)铣削加工空客A320 发动机某种零件(材料为Inconel 718) 的凹腔。后来,该公司用定制的可转位刀片式铣刀F3038 (直径32mm , 3 刃)替换了原刀具,用硬质合金刀具替代高速钢刀具使生产率大幅提高:进给率提高了80%。

新型刀具材料

近年来,尤其在刀具材料与涂层上,发生了一些变化。同时,可转位刀片已应用于瓦尔特的全部铣刀系列以及车刀产品上。这些刀片的制备特点是通过PVD工艺沉积Al203硬涂层。在该公司实现这一突破之前,PVD工艺仅局限于沉积氮化物硬涂层。采用PVD涂层的可转位刀片具有非常好的强韧性。Al203涂层还能确保高硬度和高温耐磨性。这两种特性相结合,特别适合加工耐高温的航空材料。
很多情况下,直径小于5Omm的整体硬质合金铣刀(如Prototyp Protostar Ti40)都很适合粗铣和精铣加工。为了加工新型合金材料,开发人员对该刀具进行精益化改进:开发了一种硬质合金基体,采用了AlCrN涂层和优化的微观几何形状;对刀柄也进行了优化,以适合传递更大扭矩。经过这种改进后,Ti4O铣刀能以可行的极限切削速度进行加工。例如,在钛合金材料(如TiAl6V4)上铣削宽度达1.5倍直径的槽时,切削速度可达80m/min。Jageneaus先生说,“针对新的工件材料对标准刀具进行精益化改进是一种发展趋势,因为今后我们将不得不加工越来越难加工的材料,例如Ti5553 ,对正确匹配刀具的需求将不断增加。”
另一个例子是加工TiAl6V4材料的襟翼导轨(飞机襟翼的机械零件)。过去一直使用可转位刀片式铣刀(直径50mm , 5刃)进行加工。瓦尔特航空加工集团修改了加工工艺,改用Protostar Ti4O铣刀(直径16mm , 4刃)加工,可将金属去除率从25cm3/min提高到90cm3/min。

更高的加工可靠性

螺纹加工通常是零件生产的最后工序。尤其对于航空零件而言,螺纹加工往往是棘手的难题。如果刀具折断后堵塞在硬质材料中,这个零件通常就报废了。根据生产规范的要求,通过电火花腐蚀加工进行修复几乎是不可能的,因为它可能会使工件材料发生不可接受的微观组织改变。
因此,这就要求螺纹刀具有很高的可靠性。除了其他方式以外,瓦尔特公司正采用整体硬质合金轨道螺纹铣刀来满足这种要求。这种刀具可以加工螺距M1.6-M12 、深度分别达到2D和3D的螺纹。尤其在加工黏性材料(如钛合金)时,在具有三维数控功能的机床上采用一种特殊的铣削策略,可以确保加工质量和可靠性。该方法是将螺纹铣刀插入螺孔直至所需螺纹深度,并铣削螺纹。其结果是在整个螺纹长度上均能获得很高的尺寸精度。
在某些情况下,与高速钢丝锥相比,轨道螺纹铣刀的切削速度可以提高10倍,刀具寿命也可以提高10-20倍。在几秒钟内就可以加工完一个螺纹。这种螺纹铣刀不需要使用特殊的冷却润滑液,采用常规的乳化液就能达到上述切削性能。
在实施这种铣削策略时,为确保加工编程人员节省编程时间,刀具制造商提供了原始程序和刀具管理辅助软件(TE/CCS)。该软件还能在为范围广泛的各种加工选择刀具和切削数据时提供广泛支持。该软件的数据库中还包括了航空航天制造业常用许多材料的具体数据。
对于钛合金(Ti995)螺纹套管的加工,瓦尔特公司提供了为铣削10-30UNF3B螺纹(螺纹深度达5倍直径,20mm)而定制的轨道螺纹铣刀。铣削过程分为两个切削动作。刀具寿命达1,700个螺纹。尽管螺纹深度很大,但该刀具不会发生挠曲,从而可获得极高的螺纹加工精度,而且不需要间断切削。

航空航天加工的刀具创新

在航空航天制造业,对优化的高效刀具需求特别大。尤其是针对复合材料(GFRP , CFC)的钻削加工,瓦尔特公司提供了一种直径范围2-6.4mm的PCD麻花钻,其切削刃为利用整体烧结技术制备的PCD螺旋刃。该技术提高了钻头的加工可靠性,避免了因钎焊接头失效而造成刀具失效。经过优化的切削刃几何形状可防止在孔的出口处产生分层剥离(碳纤维残留)。
为了提高铣削加工的灵活性,瓦尔特公司开发了由整体硬质合金铣削头和钢制刀柄构成的ConeFit模块化铣刀系统。该系统的核心是一种自动定心的精确紧固螺纹(锯齿形螺纹与梯形螺纹的复合体)。一个精密磨削的锥体可确保精确的同心度,一个轴向支撑面保证了连接的刚性,进而保证了加工可靠性。虽然该铣刀并不是专门为航空工业开发的,但由于其多功能性,因此非常适合用于加工航空零部件该系统铣削头的范围包括粗铣头和精铣头,以及型式各异的轮廓和成形铣刀。
本文作者:全虹积(译) 张宪(校)
原载:《工具展望》2011年第1期
上载于:2013-7-30 16:42:02

声明: 切削技术网站刊载此文不代表同意其说法或描述,仅为提供更多信息。

发给好友 收藏 投稿给我们 打印本页

切削技术微信



本文微信分享码

沪ICP备05002856号 不良信息举报
谷歌搜索
本站:
全网:

本页链接

上海金切协会:关于 2018…
2017年德国精密工具行业产…
德国机床制造商协会VDW在C…
肯纳金属2017年刀具销售收…
山特维克机械加工集团2017…
2017年美国刀具总消耗近2…
2017年日本刀具销售总值近…
2017德国机床增产4%
医疗行业对精密刀具新要求