【編者按】瓦爾特公司創(chuàng)建于1919年缚俏，總部在德國(guó)南部的圖賓根市椰于。 到目前為止怠益，瓦爾特公司在全球范圍擁有20家子公司，瓦爾特公司主要有兩大類產(chǎn)品姻眼，即: 一類是硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀具团春，包括車、銑栖俐、鉆肪吁、擴(kuò)陷立、鏜各類刀具及刀具附具肥寺。另一類是瓦爾特五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床和四軸測(cè)量機(jī)器。

對(duì)蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)而言柱炼，葉片制造是主要生產(chǎn)成本之一糯敢。使用難以加工的高溫合金和材料，無疑增加了加工工藝成本痒脊。因此瞎弥，人們迫切需要?jiǎng)?chuàng)新的加工解決方案。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)祝鞍。過去众琼，葉片制造廠面臨的是設(shè)備問題；當(dāng)今椰弊，主要面臨葉片材料給加工帶來的頭疼問題许溅。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秉版。因?yàn)樾枰捎锰厥獠牧喜拍軡M足高溫要求贤重，所以會(huì)增加葉片的制造成本。傳統(tǒng)的鐵素體清焕、馬氏體和奧氏體渦輪機(jī)鋼材不再適合高溫要求并蝗，取而代之的是鎳基高溫合金。但是秸妥，這類材料需要更長(zhǎng)的加工時(shí)間滚停。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筛峭，例如能見實(shí)效的高性能冷卻加工概念铐刘。

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∮跋“幾十年來镰吵，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)捉瘟，“我們是所有關(guān)鍵零件的全方位服務(wù)提供商旁班，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)合金立銑刀铲锭，要配備所有的刀具（對(duì)于葉片加工領(lǐng)域而言职菜，這個(gè)量相當(dāng)大）。

冷卻概念

刀具冷卻特別重要欲华，它不僅對(duì)刀具本身的影響很大兰险，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。與鋼材不一樣天殉，加工難切材料時(shí)脚培，一般不會(huì)通過切屑帶走熱量，其中熱量滲入切屑刃靡鞭，從而使鈷鎢硬質(zhì)合金軟化纺围。

2013年初，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）攜手合作蜘辕，對(duì)采用液體二氧化碳低溫加工進(jìn)行基本研究僧旬，其中切削刃口已經(jīng)冷卻到–78.5℃炉奴，茨維考實(shí)驗(yàn)全部采用了外部冷卻供應(yīng)，并對(duì)各種冷卻策略（MQL蛇更， 乳化液瞻赶、二氧化碳及其各種組合）進(jìn)行了相互比較。 比較結(jié)果表明派任，二氧化碳法具有最大的冷卻潛力共耍，具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)，在加工不銹鋼渦輪葉片時(shí)吨瞎，成本節(jié)省高達(dá)40％痹兜。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，瓦爾特率先成為全世界采用低溫冷卻原理的刀具專業(yè)公司颤诀，為行業(yè)各種應(yīng)用提供了切實(shí)可行的解決方案字旭。2013年3月，這種技術(shù)首次取得成功崖叫，并命名為“Cryo?tec?”遗淳。在EMO 2013， 瓦爾特和斯達(dá)拉格獲得了MM獎(jiǎng)心傀，獲獎(jiǎng)理由是他們的解決方案在銑削加工最具創(chuàng)新性止既。

圖1：瓦爾特采用Cryo?tecTM 技術(shù)的F2334R刀片

專用銑刀

對(duì)刀具而言，合作雙方選擇了F2334R圓刀片仿形銑刀垂暖，這種銑刀專門為葉片加工進(jìn)行了優(yōu)化核瘤。其主要特點(diǎn)是加工穩(wěn)定性高，可采用5軸加工穗阐。這種刀具覆蓋了整個(gè)加工工藝的70％～80％涉泡，從而絕大多數(shù)金屬去除發(fā)生在渦輪葉片部位。使用5軸加工能莫，可優(yōu)化各種位置的槽型比和切削力比政茄，即使在粗加工期間，也能接近想要的最終外形輪廓妇愉。

F2334R開有兩道槽彭闷，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，另一道槽供應(yīng)MQL芳企、壓縮空氣或乳化液烛蘑。二氧化碳以液態(tài)形式流過刀具，其壓力為60巴琐览，直接噴在切削刃的附近丑瞧。然后柑土，二氧化碳在此處膨脹后形成干冰蜀肘，達(dá)到想要的冷卻效果绊汹。“Cryo?tec?的重要研發(fā)步驟是采用兩道槽系統(tǒng)扮宠，向刀具供應(yīng)內(nèi)冷卻液西乖，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說坛增，“采用五軸加工获雕，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)域收捣。當(dāng)加工鈦合金時(shí)届案，除了純冷卻外，還需要潤(rùn)滑罢艾。在本文所介紹的方法中楣颠，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)專用芯軸咐蚯，而瓦爾特負(fù)責(zé)提供優(yōu)化刀具拯拓。低溫冷卻理念的優(yōu)勢(shì)如下：刀具磨損量小，使用壽命更長(zhǎng)须涣；切削參數(shù)優(yōu)化涌咪，生產(chǎn)效率更高；表面質(zhì)量更好盐腻、邊界區(qū)域影響更小降乔，零件質(zhì)量更高；切屑100％可回收利用揽券，無需準(zhǔn)備維護(hù)處置潤(rùn)滑劑或零件清潔劑鹤肥。

圖2：二氧化碳相曲線圖

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

高壓

Cryo tec?冷卻系統(tǒng)的一個(gè)重要技術(shù)優(yōu)勢(shì)是，在機(jī)床和刀具都能保持盡可能長(zhǎng)時(shí)間的二氧化碳?jí)毫ΥЭ摇Ｒ驗(yàn)橹灰獕毫ο陆倒谟＃烷_始形成冰而堵塞二氧化碳供應(yīng)通路。但是一膝，為了達(dá)到既定冷卻效果颠舞，二氧化碳輸出量不宜過大，因?yàn)榕c乳化液相比顾腊，二氧化碳冷卻液較為昂貴粤铭，其成本約為0.30～0.50歐元每千克≡影校“在確定噴嘴直徑時(shí)梆惯，我們?cè)谘邪l(fā)工作中投入了大量的人力物力和時(shí)間，” Schaarschmidt說吗垮，“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)垛吗，使之盡可能接近切削區(qū)域凹髓。我們還下大力氣與潤(rùn)滑劑制造廠通力合作研制新型MQL油品。迄今怯屉，他們已經(jīng)可用于高溫應(yīng)用蔚舀，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)刀具锨络，因?yàn)樗惯_(dá)拉格相應(yīng)的機(jī)床／主軸技術(shù)還不成熟赌躺。但是，瓦爾特正在想辦法制定一種刀具連接標(biāo)準(zhǔn)羡儿。

圖5：葉片根部部位的表面質(zhì)量

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

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)（多軸車銑细咽、原始部件尺寸475 mm×80 mm×80 mm、焊接夾具）表明绍撇，如果使用二氧化碳冷卻尘忿，切削刃處的溫度可降低100℃，與干式加工相比督垮，刀具刃口壽命延長(zhǎng)30％屡拥，而切削參數(shù)仍能保持一致。同時(shí)影啸，生產(chǎn)成本節(jié)省15％剩骏。在加工奧氏體不銹鋼時(shí)，與MQL相比羡财，刀具使用壽命大大延長(zhǎng)监镰，生產(chǎn)成本節(jié)省高達(dá)30％》セ常總體來說俐芬，低溫加工對(duì)高溫合金（HRSA）和不銹鋼有巨大潛力。現(xiàn)在是需要采用ISO S組和ISO M組的材料和應(yīng)用對(duì)此技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證细溅。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)褥傍、提取和處置等方面未解決的問題。

圖6：成本節(jié)省曲線圖

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

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）誓篱。唯一的區(qū)別是選用的切削刀具材料：一種用于冷卻加工朋贬，另一種用于干式加工。今后研發(fā)還有另外的主題窜骄。銑削期間锦募，通過嚙合和分離摆屯，使所采用的刀具齒加熱然后冷卻。只有采用低溫二氧化碳冷卻才能充分達(dá)到這種效果御滩。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党远，使涂層開裂削解，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)蒸败，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圾恐，能承受溫度巨變。因此雅沽，在瓦爾特今后的研發(fā)工作中擂椎，Thomas Schaarschmidt需要研究?jī)纱笳n題：“我們今后主要任務(wù)是對(duì)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％左右蚜症，所以這方面的市場(chǎng)增長(zhǎng)潛力巨大融卿，需要加大研發(fā)力度。

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