渦輪壓縮機(jī)葉片的銑削加工
美國Turbocam公司生產(chǎn)的Turbocam五軸加工機(jī)床是用于加工渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子奏甫、定子等成套零件建峭。在Turbocam五軸加工機(jī)床上加工的材料包括彌散硬化不銹鋼琉挖、鈦合金启泣、鎳合金等,許多工件具有很高的高溫強(qiáng)度示辈,很難加工寥茫。加工此類材料應(yīng)采用鋒利的正前角刀具,對材料進(jìn)行“剪切”(而不是“擠壓”)加工矾麻,使切削過程的摩擦減至最小纱耻。
通常,渦輪壓縮機(jī)的零件都很復(fù)雜仁墅,其型腔很深刺盏,型腔深部和根部的圓弧半徑很小缤币。這就迫使刀具懸伸長度較大,且刀具直徑受到限制锡迅,使刀具長徑比較大旬敞。正常立銑加工的長徑比約為4:1,而Turbocam公司常用的長徑比達(dá)到10:1或20:1单葡。有時(shí)我們也用一些很細(xì)的刀具深境,其直徑為0.5mm或0.75mm。對于使用小直徑刀具進(jìn)行深型腔加工和用大長徑比刀具加工雳梧,直接與刀具的硬度有關(guān)旅雇,而進(jìn)給量用多大,切削狀態(tài)如何托逝,則要看刀具是否有偏斜跃旁。
Turbocam公司使用了大量的球頭立銑刀。該公司副經(jīng)理John Bressoud說匀油,為了加工一特殊型面缘缚,在切除余量較小時(shí)勾笆,應(yīng)使用球頭立銑刀敌蚜。在加工很深的型腔時(shí),因切削負(fù)荷較大窝爪,則應(yīng)使用平頭立銑刀或帶有圓角半徑為0.5mm的平頭立銑刀進(jìn)行精加工弛车。對于球頭立銑刀,距球頭頂端越遠(yuǎn)蒲每,其切削速度越高纷跛,直到刀具最大直徑。
Turbocam公司所用的整體硬質(zhì)合金立銑刀多半是專用的邀杏。鑲可轉(zhuǎn)位刀片的立銑刀則不太適合Turbocam五軸加工機(jī)床對小直徑刀具的要求贫奠。在Turbocam五軸加工機(jī)床上進(jìn)行加工時(shí),刀具與機(jī)床回轉(zhuǎn)中心的同軸度是一個(gè)值得重視的問題望蜡。如在宇航工業(yè)中唤崭,設(shè)計(jì)者要求導(dǎo)向尖有0.076mm的成形誤差,但刀片的徑向跳動過大脖律,達(dá)到0.05mm谢肾,已占去2/3的公差帶,顯然不能滿足要求苹衰。
所以,應(yīng)該掌握優(yōu)化工具與工件和機(jī)床運(yùn)動的相互關(guān)系芬赢。在五軸銑削加工中,理想的方位是刀具移動的方向正交于刀具軸線棘爱。Mikron Bostmatic公司的Turbocam五軸加工中心能加工很復(fù)雜的型面輪廓眷幢。Turbocam failors是精加工用的加工程序澎矗。如果有一個(gè)精度足夠高的平面(比32微英寸還好),再采用一些精密技術(shù)酒舶,就可加工出形狀誤差比±0.0025mm還小的葉片当糯。當(dāng)然這要根據(jù)零件的大小來決定。
Tech Development公司也是一家制造渦輪機(jī)的廠商据钱,專門從事設(shè)計(jì)捧练、試驗(yàn)和制造渦輪機(jī)的相關(guān)零件,并能生產(chǎn)磁力軸承等其它產(chǎn)品箭谴。該公司應(yīng)用五軸加工技術(shù)加工復(fù)雜型面风居,除了用Bostomatic五軸機(jī)床外,還有Parpas公司生產(chǎn)的大型五軸加工機(jī)床溉潭。五軸加工技術(shù)能使用戶在加工復(fù)雜零件時(shí)净响,避免刀具上零速度點(diǎn)參與“切削”,機(jī)床能定向刀具喳瓣,不用球頭立銑刀的中心進(jìn)行切削馋贤。在加工中,可采用先進(jìn)的切削方法畏陕,如螺旋切入工件配乓,它比直接切入要容易。值得指出的是惠毁,能在三軸機(jī)床上加工的零件犹芹,就沒有必要在五軸加工機(jī)床上去加工。Tech Development公司基本是用整體硬質(zhì)合金鞠绰、氮鋁鈦涂層球頭立銑刀和帶圓角的立銑刀來加工渦輪機(jī)零部件腰埂,當(dāng)加工余量較大時(shí),則在有足夠動力的三軸機(jī)床上用高速鋼立銑刀進(jìn)行加工蜈膨,該立銑刀具有很小的回彈力屿笼,切削的速度不是很快,但可用較大的切深强剥,加工效果很好担擦。
選擇合適的工具夾緊方式也很重要。在一些要求精度高的場合统扔,可選用熱裝工具柄琅芍。以前加工渦輪壓縮機(jī)零部件是采用錐度球頭立銑刀,因刀具費(fèi)用較貴馁筷,而且制造公差不符合實(shí)際要求甸垄,現(xiàn)選用熱裝卡頭裝卡直徑為3mm、4mm的球頭立銑刀芥吧。這種熱裝卡頭運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)同軸度好疤嘴,刀具與卡頭有360°接觸融唬。加工出的工件表面光潔度很高。熱裝卡頭外廓可適當(dāng)加以修切住卿,以消除有進(jìn)卡頭與工件的干涉芋困。
Stellex公司專門生產(chǎn)渦輪機(jī)硬件(葉輪和定子)。該公司商務(wù)部副經(jīng)理Doug Verill說矫迹,渦輪壓縮機(jī)的各類零部件材料各異利术,從6061鋁(一種Al、Mg低矮、Si合金)到Waspaloy(相當(dāng)于高溫合金GH738)印叁,Hastelloy(相當(dāng)于高溫合金GH22),Haynes188(屬Co军掂、Cr轮蜕、W系高溫合金),甚至陶瓷材料蝗锥。因此跃洛,對于研發(fā)新產(chǎn)品在預(yù)先考慮選擇刀具時(shí),生產(chǎn)率固然重要终议,便更應(yīng)注重質(zhì)量汇竭,在加工關(guān)鍵零件時(shí),寧可多花一些時(shí)間痊剖,以求刀具在使用中取得更長的壽命和更好的使用效果韩玩。在加工渦輪壓縮機(jī)各類零件時(shí)垒玲,該公司總是用標(biāo)準(zhǔn)涂層硬質(zhì)合金刀具陆馁,而且不采用太高的切削速度。對于形狀復(fù)雜的零件参七,90%以上都是使用球頭立銑刀励砸,為保證刀具具有足夠的強(qiáng)度,刀具溝槽應(yīng)盡量短一些村次。在加工國外特殊工件材料時(shí)招蓝,要保證正常的切削而避免摩擦,也可將工件淬硬痒弃,在沒有任何振動沖擊的情況下翅拜,采用高速和小切深的加工方法。
對于加工有些合金時(shí)產(chǎn)生大量的切削熱仆扰,則應(yīng)考慮選用適當(dāng)瘫啦、有效的冷卻方式:一些冷卻液可冷卻刀具和減少磨損,而不能免除摩擦祟放;另一些冷卻液可使摩擦最小化澳踱,但不能延長刀具壽命伤主。
關(guān)于如何選擇立銑刀,美國Kennametal公司市場部經(jīng)理Steve Abrams認(rèn)為癣彩,在渦輪機(jī)零件生產(chǎn)廠銑刀的選擇和應(yīng)用情況是玫氢,不同廠家加工同樣的材料,所采用的刀具可能會有很大的差別谜诫。如一個(gè)廠家使用現(xiàn)代化裝備漾峡,可能選擇生產(chǎn)效率高的刀具,而一些老企業(yè)(使用傳統(tǒng)的齒輪傳動機(jī)床的工廠)喻旷,可能會要求韌性較好的刀具灰殴。此外還要看所選的刀具是否能在市場上買到。
通常掰邢,像宇航工業(yè)用的鈦合金牺陶,則要求刀具有較大的螺旋角和較大的前角,這可使刀具在加工時(shí)辣之,刀具和工件間的摩擦降至最小掰伸。
美國Kennametal IPG′s Hanita生產(chǎn)了一系列的用于粗、精加工高溫合金怀估、不銹鋼和淬硬鋼的立銑刀狮鸭,可有效減少加工時(shí)間。這種稱為VariMill的立銑刀綜合了拋物面槽形多搀、不等分刀齒歧蕉、帶有可控后角(已有專利)設(shè)計(jì)的幾個(gè)點(diǎn),避免了由于高速加工震顫導(dǎo)致的共振
Dura銑刀公司副總裁Scatt Walrath認(rèn)為虾驰,當(dāng)加工國外材料時(shí)吼季,每種場合所用的切削參數(shù)都不相同。為幫助使用者選擇合理的參數(shù)伊了,該公司提供了一個(gè)刀具用戶指南误反。該指南指導(dǎo)使用者通過五個(gè)步驟來定義所加工的材料。選擇刀具栅刚、確定徑向和軸向切深奠钾,然后最終推薦開始時(shí)應(yīng)選取的切削速度與進(jìn)給量。這些結(jié)果說明慈哗,不同的合金材料在加工時(shí)有不同的特性浮两。如當(dāng)用直徑為3/8英寸TiAlN涂層硬質(zhì)合金立銑刀加工Inconel718(硬度>32HRC)材料時(shí),徑向筋悴、軸向切深推薦采用3mm俩食,“指南”推薦進(jìn)給量為2ipr,表面速度為60sfm。另一方面黄鳍,當(dāng)加工Inconel600/625(硬度<32HRC)材料時(shí)推姻,在同樣進(jìn)給量和切削深度的情況下,所推薦的切削速度比加工那些更硬的合金高50%框沟。如果加工了幾個(gè)工件后藏古,未見刀具磨損,加工時(shí)沒有產(chǎn)生噪音忍燥,說明銑刀工作良好拧晕,則還可將其切削速度調(diào)高20%,目的是為了得到最佳的刀具壽命梅垄,提高經(jīng)濟(jì)效益厂捞。
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