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作者: 发布时间:2012-12-10 来源: 繁体版
随着对重量更轻、速度更快飞机的需求不断增长,航空零部件制造商正在生产更多的钛合金、Inconel合金、Hastelloy合金、Waspalloy合金以及复合材料零件,以满足飞机机身和航空发动机制造商的需求。大型商用飞机,如波音787
随着对重量更轻、速度更快飞机的需求不断增长,航空零部件制造商正在生产更多的钛合金、Inconel合金、Hastelloy合金、Waspalloy合金以及复合材料零件,以满足飞机机身和航空发动机制造商的需求。大型商用飞机,如波音787梦想飞机,以及用于防务计划的F-35联合攻击战斗机,都采用了几乎是全复合材料的机身设计。为了加工通常由复合材料和硬度较高的金属合金两者构成的工件,就必须采用具有创新性的新工艺。KJi自动化在线网
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加工钛合金和其它难切削合金通常需要使用高刚性、大扭矩的机床,同时还要采用最先进的切削刀具、高压冷却系统和加工工艺。以“交钥匙”方式提供以上要素将会提高用户的加工效率。美国的生产力解决方案公司(MAG公司的子公司)Cyclo Cut刀具生产主管Dan Cooper介绍说,该公司专门致力于提供总体解决方案:新的机床,改造或重建,工艺开发以及提供包括可提高切屑去除率的刀具和冷却系统在内的完整生产线。为了优化切屑去除率和零件质量,要求投入加工过程的所有要素保持平衡。KJi自动化在线网
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在切削钛合金和其它难加工合金时,高刚性机床、HSK100或125的大尺寸主轴接口、高压冷却液冲刷,以及采用卧式结构(就像MAG公司最近推出的H4000五轴卧式仿形加工机床一样)可以提供工艺改进。较大的主轴电机和传动轴在切削难加工合金时也是一种优势。具有低热导性和高弹性的钛合金很难切削,加工时很容易产生颤振,而颤振是相当糟糕的事情,因为它会影响工件质量、刀具寿命和机床寿命。KJi自动化在线网
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航空制造业切削复合材料、钛合金和其它难加工合金的加工范围十分广泛。山特维克可乐满美国公司航空产品开发经理Chris Mills先生介绍说,“我们为加工镍基合金开发了专用刀具,为加工钛合金提供解决方案,并且也为复合材料加工开发了刀具。”KJi自动化在线网
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Mills补充说,“从数量上看,复合材料增长最快,但这并不一定代表复合材料的加工量最大。最难加工的材料是发动机内使用的镍基合金。”涡轮发动机前部的风扇和高压压缩机采用钛合金制造,而涡轮的高温燃烧部分则采用能够承受极高温度的镍基合金制造。KJi自动化在线网
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Mills说,“钛合金可以承受800℃左右的高温,而镍基合金在超过1400℃的高温中仍能工作。当然,镍基合金是最难加工的材料,它们只用于确实需要的部位。钛合金要轻得多,因此可以尽可能多地使用。”KJi自动化在线网
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镍基合金,包括Inconel合金、Waspalloy合金和René 41合金,通常被归类为镍基高温合金或镍基耐热合金。加工的钛合金大部分是Ti-64或6Al-4V(含6%的铝和4%的钒)。Mills解释说,“通过加入不同的合金元素,可以改变金属材料的强度。最令人头痛的合金是5553钛合金(即5Al-5Mo-5V-3Cr),这是一种用于波音787的新材料。由于现在波音787的生产正在提速,因此有越来越多的5553钛合金需要加工。”KJi自动化在线网
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Mills说,“通常,我们参照6Al-4V建立所有钛合金材料的基准加工方法,而且我们发现,采用相同的刀具、相同的牌号和相同的加工编程方法至关重要。不同的是,与加工Ti-64相比,加工5553时必须将切削速度降低50%。许多人可能已经遇到了问题,因为他们援引的加工方法是基于一个典型的6Al-4V加工案例,而加工5553材料需要两倍长的时间,因为其可切削性降低了50%。”KJi自动化在线网
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为了解决新型钛合金5553可切削性较差的问题,生产车间必须优化加工流程。Mills指出,“需要将加工这些难加工材料必须采用的最佳做法扩展到整个机床、工艺刚性、安装、冷却液供应以及编程方法等各个方面。材料的可切削性越差,其加工编程就越重要。工件的夹持和安装也很重要,因为其切削力比加工其他材料大得多,任何振动都会给刀具带来麻烦。需要采用低转速加工,因为切削速度很低,因此需要在低转速下获得足够的扭矩和功率。为了加工钛合金,人们使用了大型卧式机床,而且开发了专用机床。”KJi自动化在线网
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为了解决5553钛合金可切削性差的问题,山特维克公司最近开发出两种新型刀片:S30T和S40T牌号,专门用于钛合金加工。S30T的特点是采用了微米晶粒硬质合金基体和PVD-TiAIN薄涂层,为铣削钛合金提供了较高的切削速度和较长的刀具寿命;S40T主要针对刀具韧性要求较高的加工,采用了强韧的细晶粒硬质合金基体和CVD薄涂层,可以在最苛刻的钛合金铣削条件下提高刀具寿命和加工安全性。KJi自动化在线网
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森精机美国公司负责制造工艺的副总裁兼首席技术官Greg Hyatt指出,“加工硬度较高的镍基合金的另一种方式是采用缓进给磨削。在我们的机床上,正越来越多地采用磨削方式加工镍基合金,因为随着这些材料的可切削性下降到个位数范围,磨削已成为非常可行的替代加工方法。在某些情况下,通过磨削加工,我们确实获得了比铣削和车削更高的金属去除率。”KJi自动化在线网
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Hyatt指出,通过应用特别为镍基合金加工开发的专用工艺,制造商能以比传统磨削工艺高得多的去除率切除金属。他说,“这种工艺就是缓进给磨削,我们使用了较大的砂轮,每次磨削采用1-2mm的磨削深度。这不是在精密磨床上进行的轻载往复磨削,而是一种重载加工,需要利用机床的全部功率。”KJi自动化在线网
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Hyatt补充说,新的β相钛合金(如5553)具有很强的磨蚀性,会导致刀具寿命大大缩短。“加工时需要比较高的扭矩,而在大多数情况下,需要增大扭矩以保护刀具,即使采用大家认可的刀具(如山特维克公司目前提供的刀具),再加上推荐的切削速度(通常甚至低于加工6804B和其它更典型合金的推荐切削速度)。这些速度对于切削钛合金已经够低了――现在还要更低,因此唯一可行的办法就是高扭矩、低切速。这对机床和刀具都具有挑战性。

先进航空材料的切削加工
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