對蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)而言，葉片制造是主要生產(chǎn)成本之一。使用難以加工的高溫合金和材料隅忿，無疑增加了加工工藝成本。因此邦尊，人們迫切需要?jiǎng)?chuàng)新的加工解決方案背桐。瓦爾特還是首次提出適合量產(chǎn)的二氧化碳低溫冷卻概念。

帶葉片加工本身是一門科學(xué)蝉揍。過去链峭，葉片制造廠面臨的是設(shè)備問題；當(dāng)今又沾，主要面臨葉片材料給加工帶來的頭疼問題弊仪。為了進(jìn)一步優(yōu)化效率，渦輪機(jī)設(shè)計(jì)師正在尋求提高輸入更高溫度的最佳解決方案巷科。因?yàn)樾枰捎锰厥獠牧喜拍軡M足高溫要求冠八，所以會增加葉片的制造成本。傳統(tǒng)的鐵素體差赂、馬氏體和奧氏體渦輪機(jī)鋼材不再適合高溫要求晋合，取而代之的是鎳基高溫合金。但是拨俏，這類材料需要更長的加工時(shí)間掐腕。從這個(gè)意義上說，最重要的因素是采用相互匹配的創(chuàng)新型刀具和加工概念來控制制造成本智复，例如能見實(shí)效的高性能冷卻加工概念捺再。

總部位于圖賓根的瓦爾特專為能源行業(yè)研制刀具和加工方案的歷史非常悠久」庥＃“幾十年來糜隶，能源生產(chǎn)已成為我們專注的主要行業(yè)之一，”瓦爾特業(yè)務(wù)發(fā)展部經(jīng)理Andreas Elenz強(qiáng)調(diào)尿愿，“我們是所有關(guān)鍵零件的全方位服務(wù)提供商会激，當(dāng)然包括葉片。這意味著從保證最大金屬去除率的可轉(zhuǎn)位刀片的粗加工銑刀到保證最小過渡半徑的整體硬質(zhì)合金立銑刀呛梆，要配備所有的刀具（對于葉片加工領(lǐng)域而言锐涯，這個(gè)量相當(dāng)大）。

冷卻概念

刀具冷卻特別重要填物，它不僅對刀具本身的影響很大纹腌，加工中產(chǎn)生的高溫還關(guān)系到渦輪機(jī)加工過程中是否產(chǎn)生加大硬質(zhì)合金基體壓應(yīng)力和限制其性能的發(fā)揮。與鋼材不一樣滞磺，加工難切材料時(shí)升薯，一般不會通過切屑帶走熱量莱褒，其中熱量滲入切屑刃，從而使鈷鎢硬質(zhì)合金軟化涎劈。

2013年初广凸，瓦爾特與茨維考西撒克遜應(yīng)用科學(xué)大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)研究所（IfP）攜手合作，對采用液體二氧化碳低溫加工進(jìn)行基本研究责语，其中切削刃口已經(jīng)冷卻到–78.5℃炮障，茨維考實(shí)驗(yàn)全部采用了外部冷卻供應(yīng)目派，并對各種冷卻策略（MQL坤候， 乳化液、二氧化碳及其各種組合）進(jìn)行了相互比較咧歪。 比較結(jié)果表明投篇，二氧化碳法具有最大的冷卻潛力，具有十分明顯的優(yōu)勢厦湘，在加工不銹鋼渦輪葉片時(shí)爸备，成本節(jié)省高達(dá)40％。通過這種開拓性基礎(chǔ)研究并與瑞士斯達(dá)拉格機(jī)械工程公司密切合作哺里，瓦爾特率先成為全世界采用低溫冷卻原理的刀具專業(yè)公司荤勤，為行業(yè)各種應(yīng)用提供了切實(shí)可行的解決方案。2013年3月骄鸽，這種技術(shù)首次取得成功鹉陪，并命名為“Cryo?tec?”。在EMO 2013铅粉， 瓦爾特和斯達(dá)拉格獲得了MM獎(jiǎng)戴悔，獲獎(jiǎng)理由是他們的解決方案在銑削加工最具創(chuàng)新性。

專用銑刀

對刀具而言蓄盘，合作雙方選擇了F2334R圓刀片仿形銑刀俏汇，這種銑刀專門為葉片加工進(jìn)行了優(yōu)化。其主要特點(diǎn)是加工穩(wěn)定性高羡微，可采用5軸加工谷饿。這種刀具覆蓋了整個(gè)加工工藝的70％～80％，從而絕大多數(shù)金屬去除發(fā)生在渦輪葉片部位妈倔。使用5軸加工博投，可優(yōu)化各種位置的槽型比和切削力比，即使在粗加工期間启涯，也能接近想要的最終外形輪廓贬堵。

F2334R開有兩道槽，可同時(shí)供應(yīng)兩種不同類型的冷卻液：一道槽供應(yīng)二氧化碳结洼，另一道槽供應(yīng)MQL黎做、壓縮空氣或乳化液叉跛。二氧化碳以液態(tài)形式流過刀具，其壓力為60巴蒸殿，直接噴在切削刃的附近筷厘。然后，二氧化碳在此處膨脹后形成干冰宏所，達(dá)到想要的冷卻效果土汽。“Cryo?tec?的重要研發(fā)步驟是采用兩道槽系統(tǒng)穴示，向刀具供應(yīng)內(nèi)冷卻液奥挑，而不是外接冷卻液供應(yīng)系統(tǒng)，”瓦爾特渦輪葉片加工技術(shù)負(fù)責(zé)人Thomas Schaarschmidt說爽步，“采用五軸加工声锤，外供二氧化碳決不能達(dá)到理想效果，即不可能盡量靠近高溫切削區(qū)域沪峰。當(dāng)加工鈦合金時(shí)衙文，除了純冷卻外，還需要潤滑嘀拂。在本文所介紹的方法中浆菇，采用雙槽刀具分離MQL和二氧化碳。斯達(dá)拉格負(fù)責(zé)研發(fā)專用芯軸袱蔓，而瓦爾特負(fù)責(zé)提供優(yōu)化刀具竣伍。低溫冷卻理念的優(yōu)勢如下：刀具磨損量小，使用壽命更長沪么；切削參數(shù)優(yōu)化硼婿，生產(chǎn)效率更高；表面質(zhì)量更好禽车、邊界區(qū)域影響更小寇漫，零件質(zhì)量更高；切屑100％可回收利用殉摔，無需準(zhǔn)備維護(hù)處置潤滑劑或零件清潔劑州胳。

高壓

Cryo tec?冷卻系統(tǒng)的一個(gè)重要技術(shù)優(yōu)勢是，在機(jī)床和刀具都能保持盡可能長時(shí)間的二氧化碳壓力逸月。因?yàn)橹灰獕毫ο陆邓ㄗ玻烷_始形成冰而堵塞二氧化碳供應(yīng)通路。但是碗硬，為了達(dá)到既定冷卻效果瓤湘，二氧化碳輸出量不宜過大，因?yàn)榕c乳化液相比恩尾，二氧化碳冷卻液較為昂貴弛说，其成本約為0.30～0.50歐元每千克挽懦。“在確定噴嘴直徑時(shí)舷到，我們在研發(fā)工作中投入了大量的人力物力和時(shí)間这旋，” Schaarschmidt說，“目前我們正在努力著手進(jìn)一步優(yōu)化壓力調(diào)節(jié)和供應(yīng)夹卒，使之盡可能接近切削區(qū)域忌舔。我們還下大力氣與潤滑劑制造廠通力合作研制新型MQL油品。迄今秆刑，他們已經(jīng)可用于高溫應(yīng)用同肆，因此需要結(jié)合二氧化碳冷卻使用。目前Cryo tec?刀具只有非標(biāo)刀具矢妄，因?yàn)樗惯_(dá)拉格相應(yīng)的機(jī)床／主軸技術(shù)還不成熟屁茁。但是，瓦爾特正在想辦法制定一種刀具連接標(biāo)準(zhǔn)汇氛。

冷卻性能

利用馬氏體不銹鋼材質(zhì)的渦輪葉片進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)（多軸車銑、原始部件尺寸475 mm×80 mm×80 mm捍睡、焊接夾具）表明呛靡，如果使用二氧化碳冷卻，切削刃處的溫度可降低100℃唧取，與干式加工相比铅鲤，刀具刃口壽命延長30％，而切削參數(shù)仍能保持一致枫弟。同時(shí)邢享，生產(chǎn)成本節(jié)省15％。在加工奧氏體不銹鋼時(shí)淡诗，與MQL相比骇塘，刀具使用壽命大大延長，生產(chǎn)成本節(jié)省高達(dá)30％韩容】钗ィ總體來說，低溫加工對高溫合金（HRSA）和不銹鋼有巨大潛力∪盒祝現(xiàn)在是需要采用ISO S組和ISO M組的材料和應(yīng)用對此技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證插爹。今后研發(fā)重點(diǎn)考慮用于汽車業(yè)零件加工以及設(shè)備技術(shù)、提取和處置等方面未解決的問題请梢。

未來的切削技術(shù)

今后的機(jī)床可能設(shè)計(jì)成同時(shí)具有冷卻和非冷卻功能（不管是否采用冷卻液）赠尾。唯一的區(qū)別是選用的切削刀具材料：一種用于冷卻加工，另一種用于干式加工笋棵。今后研發(fā)還有另外的主題次翩。銑削期間浅腥，通過嚙合和分離，使所采用的刀具齒加熱然后冷卻吻拼。只有采用低溫二氧化碳冷卻才能充分達(dá)到這種效果鱼雇。由于高溫交變效應(yīng)，硬質(zhì)合金基體和涂層以不同速率膨脹局权，使涂層開裂礼猪，最終使切削刀具材料失效。過去幾年研發(fā)的所有切削刀具材料都用于干式加工的高溫作業(yè)拒徐，但是現(xiàn)在的切削刀具材料需要專門適合低溫二氧化碳冷卻硅盹，能承受溫度巨變。因此莽每，在瓦爾特今后的研發(fā)工作中又竞，Thomas Schaarschmidt需要研究兩大課題：“我們今后主要任務(wù)是對刀具概念和專業(yè)切削刀具材料標(biāo)準(zhǔn)化，因?yàn)槲覀冇?jì)劃在2020年前將渦輪機(jī)難切材料的比重增加到40％左右辖备，所以這方面的市場增長潛力巨大咸唇，需要加大研發(fā)力度。

圖1：瓦爾特采用Cryo?tecTM 技術(shù)的F2334R刀片

具備二氧化碳冷卻裝置的銑刀拷泽。瓦爾特用于渦輪葉片加工的Cryo?tecTM F2334R刀片疫鹊。                          

圖2：二氧化碳相曲線圖

二氧化碳相曲線圖：室溫下液態(tài)二氧化碳以57.8巴以上的壓力在被送到切削位置。                                  

圖3：圖賓根瓦爾特公司業(yè)務(wù)開發(fā)總監(jiān)Andreas Elenz秉承一個(gè)優(yōu)良傳統(tǒng)：“能源生產(chǎn)已成為我們幾十年專注的主要行業(yè)之一司致〔疬海”        

圖4：瓦爾特業(yè)務(wù)發(fā)展能源部經(jīng)理和葉片加工技術(shù)負(fù)責(zé)人Thomas Schaarschmidt：客戶已經(jīng)接受包括刀具和技術(shù)專長的全套方案。        

圖5：葉片根部部位的表面質(zhì)量

干式加工

粗加工后葉片根部部位的表面質(zhì)量脂矫，一個(gè)采用干式加工方式枣耀，另一個(gè)采用二氧化碳加空氣冷卻工藝。  

圖6：成本節(jié)省曲線圖

與干式加工相比庭再，采用Cryo?tecTM技術(shù)粗加工奧氏體不銹鋼材質(zhì)渦輪葉片捞奕，可節(jié)省大量成本。 

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