伊斯卡技術(shù)經(jīng)理 Andrei Petrilin

前言

在航空航天零件的加工中楷首，主要的挑戰(zhàn)與零件材料相關(guān)借衅。鈦合金麸颜、高溫超級合金(HTSA)和耐蠕變鋼的切削加工困難低白，是整個飛機供應鏈的加工瓶頸。這些材料的機械加工性能差朴魁，導致切削速度低酣夫，大大降低了生產(chǎn)率，縮短了刀具壽命牙娇。而這些因素都與刀具直接相關(guān)若又。事實上，當處理難以加工的典型航空航天材料時粱快，刀具的功能性決定了現(xiàn)有生產(chǎn)力的水平秩彤。實際情況是，切削刀具的發(fā)展滯后于機床事哭，而這種差距限制了高端機床在制造航空部件時性能的發(fā)揮漫雷。

現(xiàn)代飛機，特別是無人機(UAV)，復合材料的應用比例顯著增加降盹。復合材料的高效加工需要特殊刀具与柑，這是航空航天工業(yè)技術(shù)飛躍的焦點所在。

航空級鋁材仍是機身部件廣泛使用的材料蓄坏。鋁的加工看似簡單价捧，但選擇合適的刀具是成功地高效加工鋁所需的密鑰。

復雜的零件形狀是渦輪發(fā)動機技術(shù)的一大特征涡戳。大多數(shù)幾何形狀復雜的航空發(fā)動機部件都是在腐蝕性極強的環(huán)境下工作结蟋，并由難以切削的材料制成，如鈦合金和高溫超級合金(HTSA)妹蔽，以確保所需的壽命周期椎眯。復雜的形狀、機械加工性能差和高精度的需求相結(jié)合形成了生產(chǎn)制造這些零件的主要困難绎疟。先進的多軸加工中心可實現(xiàn)各種去除余量的策略咒舰，從而更有效地加工復雜輪廓。但是刀具是直接與零件接觸的曼砾，對加工的成敗有很大的影響埂帜。過度的刀具磨損會影響零件表面精度，而不可預測的刀具斷裂則可能導致整個零件報廢跑著。

先進的多任務加工機床跑科、瑞士型車床和安裝動力刀座的車床深刻改變了小型零部件的制造工藝，如飛機上各種液壓和氣動系統(tǒng)门幌、致動器和附件贝渣。因此，航空航天工業(yè)需要越來越多針對這些先進機床而設計的特殊刀具熏盲，以達成加工效率最大化确告。

切削工具——制造系統(tǒng)中最小的元素——成為顯著提高性能的關(guān)鍵支撐。因此券雕，航空航天零件制造商們和機床制造商們亟需刀具制造商提供技術(shù)創(chuàng)新的解決方案遇患，使切屑去除率達到新水平。解決方案的目標很明確：提高生產(chǎn)率和延長刀具壽命雕擂。加工具有復雜形狀的特殊航空零件和大型機身部件需要一個可預測的刀具壽命周期啡邑，以進行可靠的工藝規(guī)劃，并及時更換失效的刀具或可更換的切削部件（如刀片）井赌。

刀具制造商在尋找理想解決方案方面的選擇有限谤逼，也許只能從刀具材料、刃口形狀和靠譜的魯棒性設計這些方面考量仇穗。盡管選擇有限流部，刀具制造商仍全力以赴提供新一代刀具拔鹰，以滿足航空航天業(yè)不斷增長的需求。雖然新冠病毒嚴重阻礙了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展贵涵，但這并不意味著產(chǎn)業(yè)需求的減少。最新的刀具設計充分證明了刀具制造商對航空零部件生產(chǎn)需求的響應恰画。

冷卻射流

在加工鈦合金和高溫超級合金(HTSA)和耐蠕變鋼時宾茂，高壓冷卻(HPC)是提高性能和加工效率的有效工具。精準直達的高壓冷卻射流(HPC)可以顯著降低切削區(qū)域的溫度拴还，確保形成小的片狀切屑跨晴。與傳統(tǒng)冷卻方式相比，這有助于獲得更高的切削參數(shù)和更長的刀具壽命症影。精準直達的高壓冷卻HPC越來越多地應用于難切削材料的加工曹是，是航空航天零部件制造的一個明確趨勢。因此垦亲，刀具制造商們認為高壓冷卻HPC刀具是一個重要研發(fā)方向房睁。

伊斯卡，刀具制造領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)之一常迹，擁有豐富多樣的高壓冷卻刀具品種侈吨。2020年，伊斯卡通過引入“經(jīng)典”HELI2000和HELIMILL可轉(zhuǎn)位刀片的新型雙刃銑刀擴展了其產(chǎn)品范圍(圖1)奖卒。這一步是伊斯卡開發(fā)該產(chǎn)品系列的又一里程碑式產(chǎn)品系列均膛。

（圖1）

上世紀九十年代，由伊斯卡首推的可轉(zhuǎn)位銑刀HELIMILL系列淘巩，夾持螺旋刃銑刀片服英。新設計使得刀片裝夾于刀體后形成的刀片前角及后角保持恒定，進而使得切削輕快平順遇穷，顯著降低機床功率消耗探橱。HELIMILL銑刀的設計理念成為90°主偏角可轉(zhuǎn)位銑刀設計中被大家廣為熟知并認可的概念。

通過對HELIMILL銑刀的逐步修正與改進虽抄，伊斯卡增添了相同理念下額外的銑削產(chǎn)品系列和具有更多切削刃的刀片走搁。優(yōu)異的性能及豐富的刀具周邊產(chǎn)品使其在機加工行業(yè)應用廣泛。因此迈窟，在經(jīng)過驗證的HELIMILL系列中添加現(xiàn)代高壓冷卻HPC刀具設計是對客戶需求的徑直響應私植，也是下一步需要開發(fā)的刀具系列。

在車削方面车酣，伊斯卡大大擴展了其組裝模塊化刀具產(chǎn)品系列曲稼，其中包括帶有可轉(zhuǎn)位刀片的刀桿及可換式刀頭。通過使用鋸齒接觸面連接湖员，這些刀具可適用于搭載不同形狀刀片的各種刀頭贫悄，包括螺紋車削和標準ISO車削刀片瑞驱，針對不同應用均更具靈活性。

伊斯卡提供沿襲傳統(tǒng)設計和抗振設計的刀桿窄坦，并根據(jù)應用進行區(qū)別：圓柱柄或多邊形錐柄唤反。圓柱頭銑刀的一個共同特點是內(nèi)冷卻射流直接輸送到所需的刀片切削刃(圖2)。根據(jù)圓柱柄刀具直徑的不同鸭津，冷卻射流最大壓力從30bars至70 bars不等旧搔。而帶有多邊形錐柄的刀具可實現(xiàn)300 bars的超高壓冷卻。通過降低切削區(qū)域溫度和改善切屑控制及排屑沫跨，冷卻射流的充分供給提高了刀具壽命仿扩。在航空航天業(yè)中應大幅增加這一產(chǎn)品系列的應用。

（圖2）

鉆孔解決方案

復合材料加工充滿了各種陷阱與缺陷祖销。復合材料的高耐磨性加快了刀具磨損种鳖，這縮短了刀具壽命，影響了刀具性能夕荆。鉆孔是復合材料加工中最常見的切削操作哈滥，因此即使是鉆孔刀具在功能上的微小改進也是至關(guān)重要的。

伊斯卡開發(fā)了一系列專門針對復合材料加工的新型鉆頭闭廊。為了提高耐磨性辈畜，這些鉆頭的切削刃部分通常都由超硬聚晶金剛石(PCD)或金剛石涂層制成。根據(jù)鉆頭直徑的不同典义，鉆尖可以使用整體PCD刀頭或PCD焊片洽腊，在這兩種情況下都可以重新修磨5次。CVD金剛石涂層整體硬質(zhì)合金鉆頭另一個獨特的設計點是：主切削刃呈折線狀藕各。在加工復合材料時池摧，更容易產(chǎn)生加工振動。切削刃的折線形設計大大減少了分層和毛刺激况，特別是在加工碳纖維增強塑料(CFRP)和碳纖維層壓板時作彤。

除復合材料，金剛石涂層鉆頭也適用于加工其他耐磨的工程材料乌逐。如有必要竭讳，也可提供帶內(nèi)冷卻通孔的選項。

小直徑深孔的鉆削是制造航空航天零件的一種常見作業(yè)浙踢。伊斯卡的新型整體硬質(zhì)合金鉆頭直徑范圍為3-10 mm(0.125"-0.391")(圖3)绢慢，專門用于這類作業(yè)。該鉆頭系列結(jié)合了鉆尖形狀洛波、雙導向條設計胰舆、拋光的排屑槽、復合涂層和內(nèi)冷卻通孔蹬挤，在難加工的奧氏體不銹鋼及耐蠕變鋼和鐵基合金加工中缚窿，可實現(xiàn)一次進刀達成50xD鉆深比棘幸。

（圖3）

無懼任何復雜加工應用

因空氣動力學的定義，航空發(fā)動機渦輪妨舟、壓氣機问乌、葉輪和整體葉片轉(zhuǎn)子(IBR)需要具備復雜形狀。旨在提高航空發(fā)動機效率的新發(fā)展又進一步增加了這種復雜性邦叶。技術(shù)的進步帶來了生產(chǎn)成型零件的新方法姨猖，特別是3D打印，這大大減少了工件材料的余量冕盅。然而，在制造形狀復雜的航空航天零件的最終成形方法中驼凌，機加工仍然是最常見的方法宇颊。五軸加工和CAD/CAM系統(tǒng)的進步豐富了制造商的解決方案，以克服零件生產(chǎn)中的困難唾姊。

在具有復雜形狀表面航空航天零件的五軸加工中传悍，鼓形銑刀具有良好的應用前景。伊斯卡已開發(fā)了一系列直徑范圍8 – 16mm(.312"- .500")的鼓形銑刀驱劳，有兩種設計結(jié)構(gòu)：整體硬質(zhì)合金立銑刀及帶有變形金剛螺紋接口的可換頭式刀具幻狈。將這些刀具應用于加工中可有效優(yōu)化葉片的生產(chǎn)制造。

可靠的多任務處理

在緊湊型多任務機床和瑞士型車床上進行加工時驻子，能否有效排屑很大程度上取決于刀具的正確選擇灿意。為了提高生產(chǎn)率，需要最大限度地保持刀具的剛度和最小化刀具的懸伸以在受限空間加工作業(yè)崇呵。

最近缤剧，伊斯卡推出了NEOCOLLET卡簧夾頭，新款刀夾系列域慷，提供了一種替代ER卡簧用于夾緊刀具的方案荒辕。該系列適配的典型刀柄之一是錐柄，可直接內(nèi)置于彈簧夾頭刀柄中(圖4)犹褒，確保剛性和可靠的連接抵窒，以提高刀具性能。新系列可夾持伊斯卡硬質(zhì)合金T型可換槽面銑刀頭的夾具叠骑。

（圖4）

如前所述李皇，采用高壓冷卻可以極大地改善加工結(jié)果，特別是在加工鈦座云、高溫超級合金(HTSA)和難加工的不銹鋼時疙赠，這些材料是飛機液壓和氣動系統(tǒng)以及小型配件的主要材料。新型車刀系列具有方柄和螺絲夾緊的55°菱形刀片离春，采用HPC技術(shù)鼠废，便于在小直徑零件上進行縱向車削帜焰、端面車削和仿形車削(圖5)。

（圖5）

所有案例都說明了刀具制造商正試圖尋找更為有效的解決方案络蜘，以滿足航空航天工業(yè)的新要求味爷。由于新冠病毒的影響，工業(yè)增長放緩与沪，飛機產(chǎn)量減少嫩属，但刀具制造商對合作伙伴需求的關(guān)注并未減弱。相反陨柴，伊斯卡已經(jīng)開發(fā)了新的先進切削刀具瞄惑，并努力將其成功升級應用于即將恢復的飛機生產(chǎn)中。

（伊斯卡金屬切削技術(shù) ）

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