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发动机零部件的切削加工

来源:国际金属加工商圈 发布时间:2022-11-09 463
工业金属加工金属加工金属切削机床金属成型机床模具及冲模焊接设备及工具其他金属材料表面处理测量及控制系统 刀具和夹具
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喷气式发动机中的铬镍铁合金或者钛合金零部件必须能够承受非常高的载荷。为完成这些零部件的切削加工,欧瑞康巴尔查斯公司开发了一种全新的刀具涂层材料:Balinit Tisaflex。在达姆是达特技术大学PTW实验室和客户那里进行的实验测试中,它给人留下了非常深刻的印象。

喷气式发动机的局部温度会超过1000℃。发动机燃烧室后方的涡轮机零部件承受的机械和热负荷最大。整体叶盘(集成在一起的叶片)带着整体式的转子盘在那里飞速旋转。为使喷气发动机的结构更加紧凑、重量更轻、更节约燃油,这些零部件就必须用耐高温的材料制成,以便能够承受更大的载荷。喷气式发动机涡轮机一侧的零部件通常是用镍基合金制造的,而温度稍低的压缩机一侧的零部件则通常用钛合金制造。

新型刀具涂层的实力


喷气发动机零部件的切削加工是一项非常复杂的切削加工任务。这样的切削加工只有在刀具几何形状、刀具切削刃、硬质合金和刀具涂层的相互作用达到最佳时才有可能完成。


整体叶盘是由一块金属材料铣削而成的。为了测试新型刀具涂层Balinit Tisaflex在切削加工中的性能,欧瑞康巴尔查斯公司选择了耐高温的Inconel 718材料进行切削实验。这是一种在高温环境中有着极强耐腐蚀性能的合金材料,也适合于制作喷气发动机的整体叶盘。


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全面的性能测试和第一次实际应用的案例证明了Oerlikon Balzers公司

最新开发的Balinit Tisaflex涂层是非常适合加工承受高负荷的Inconel

 718合金材料飞机发动机整体叶盘的刀具涂层。


达姆是达特技术大学(PTW)生产管理、工艺技术和机床设备研究所对新型刀具涂层进行了一系列的测试。整体叶盘的加工过程是从型腔的铣削开始的。铣刀首先切开一个通槽,然后在通槽两边铣削成叶片间的空腔。


PTW研究所的研究员Maximilian Wagner介绍说道:“我们对这种耐高温、高机械负载零件的切削加工进行了类比测试,以便能够对不同的刀具切削刃材料和表面涂层材料的情况进行比较。”


开槽时使用的是整体硬质合金模具铣刀。碳化钨-钴基刀片及其热敏钴基粘合剂很好地保护了刀片涂层,使其具有很高的抗氧化性能和热稳定性能。与之形成对比的是另一种名为Balinit X. Ceed的铝-钛涂层,其具有很好的延展性,TiSiXN表层有着很好的抗氧化性和耐磨性,同时,表层涂层又可以减少积削瘤的附着、减少刀片裂纹和刀刃崩碎。


测试现场使用了不同钴含量涂层的硬质合金铣刀。根据不同的被切削材料,切削刃刃口都进行了优化。在测试期间,首先观察的是切削力的变化和后刀面的磨损程度。但最终具有决定性的胜负判定因素则是刀具因过度磨损无法继续加工时铣削了多少符合技术条件要求的叶片腔体。

刀具耐用度提高了14%


在第一次用含钴量7%的硬质合金基体刀片的测试中刀具的使用寿命没有明显的提高,与相比较的名为Balinit X. Ceed的铝-钛涂层的刀具相比较也没有明显的改进效果。另一次试验时使用的是含钴量10%的硬质合金基体刀片。这次试验得到了很好的数据,并且是所有试验中获得的最佳结果。结合使用Balinit Tisaflex涂层实现了整个测试中的最长刀具耐用度,其性能也比以前的标准产品Balinit X. Ceed提高了14%。


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达姆是达特技术大学PTW研究所进行的试验验证了新型涂层材料的

价值:试验时用涂覆了Balinit Tisaflex涂层的锥形硬质合金铣刀在

整体的铬镍铁合金中切开一个槽,然后将槽扩大叶片间的空腔。


“碳化钨基的硬质合金和新型涂层材料配合的很好。” Wagner说。欧瑞康巴尔查斯公司的生产经理Rico Fritzsche解释说道:“它确保了更低的刀具磨损、更长的使用寿命和更高的使用安全性。Balinit Tisaflex涂层确定的残余应力分布减少了刀刃开裂和刃口崩碎。另外,它的热稳定性使其能够在切削时承受最高1100℃的高温。这大幅度地延长了加工复杂零件时的刀具使用寿命。此外,较低的数据分散度和均匀的刀片磨损也提高了切削加工工艺过程的可靠性,而这一评判刀具好坏的标准在航天航空工业有着非常重要的作用。”

良好的用户满意度


在这次试验的背景条件下,航空航天领域的国际供应商们也进行了标准刀具产品的新旧涂层的对比试验:不仅仅是在铬镍铁基合金加工,也包括了钛合金切削加工。实验中,它们获得了与PTW研究所相似的试验结果和刀具耐用度数据。据欧瑞康巴尔查斯公司介绍,目前一些客户正在进行进一步的验证,使用Balinit Tisaflex涂层刀片的批量生产试验也已经开始了。


除了刀具的涂层之外,加工钛合金和铬镍铁合金时的几何参数也不尽相同。“我们拥有多种多样的刀具切削刃制备工艺技术以及前期预处理和后处理技术,包括了各种喷砂、涂刷和拖拽研磨。一旦我们了解了客户的使用情况,我们就可以根据客户的需求确定和调整切削刃制备技术,制作出满足客户需要的刀片,” Fritzsche说,“我们已经成功说服了不同的最终客户和刀具制造商,证明了Balinit Tisaflex涂层是航空航天工业领域中铬镍铁合金和钛合金加工中全新的刀具涂层基准。”

本文译自德国Werkstatt und Betrieb杂志


来源:荣格-《国际金属加工商情》

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