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飛機(jī)制造工業(yè)使用大量的鈦合金,，特別是高應(yīng)力構(gòu)件,，鈦合金材料得到廣泛應(yīng)用,。門框,、起落架安裝支架和機(jī)翼附件等零件通常有較高的加工含量,，過程中需要進(jìn)行大量的切屑加工，大大超過了成品件的切屑,。這主要是由于整體式鍛件有大量的凹窩,。各種深淺凹窩、5軸凹窩,、矩形凹窩的壁或底面往往很薄,，因此很難銑削，對(duì)這些構(gòu)件的加工技術(shù)提出嚴(yán)格要求,�,？赊D(zhuǎn)位刀片和整體硬質(zhì)合金銑刀能做到綜合權(quán)衡。其關(guān)注的焦點(diǎn)是加工的可靠性,，因?yàn)檫@些構(gòu)件非常昂貴,。同時(shí)，市場(chǎng)的成本壓力催生了高加工性能和生產(chǎn)效率需求,。
z+ w! R V! {) C3 f( I通常在加工鈦合金材料時(shí),，材料的導(dǎo)熱系數(shù)低、易于出現(xiàn)振動(dòng),，因此需要非常剛性的機(jī)床方案及優(yōu)化的切削刃準(zhǔn)備工作,。德國圖賓根瓦爾特航空工業(yè)零件經(jīng)理Dirk Masur與其同事一道,，齊心協(xié)力,，攻克了鈦合金加工的一個(gè)個(gè)難關(guān)。他說：“我們的重點(diǎn)是成套的解決方案,，即根據(jù)最佳慣例,，在應(yīng)用時(shí)綜合考慮各方面的因素，例如刀具設(shè)計(jì),、CAM程序和加工策略,�,！币虼耍覀冄邪l(fā)出了適合粗加工,、半精加工或精加工的先進(jìn)刀具方案,。
. {: h& ]2 p% b& u: `瓦爾特專業(yè)新M2131斜向進(jìn)刀銑刀專門用于鋁合金材料的HSC加工。/ i7 | y2 B/ f4 F; @
Masur表示,，憑借我們幾十年積累的零件知識(shí),，瓦爾特研發(fā)出了高效可靠的戰(zhàn)略：“作為全球網(wǎng)絡(luò)的一部分，我認(rèn)為這些策略極為重要,。我們的專長(zhǎng)是以客戶為中心,，與各大院校和機(jī)床制造廠建立全面的合作伙伴關(guān)系。我們齊心協(xié)力,，通力合作,，持續(xù)開發(fā)了關(guān)鍵零件的加工工序。這就是我們能始終使用最新技術(shù)的秘籍所在,�,！�
; _" z5 z. J* [( o q+ ]構(gòu)件舉例 - 起落架安裝支架：現(xiàn)代航空器的起落架安裝支架是具有大量凹窩的典型鈦合金結(jié)構(gòu)件
( X) a/ j0 F# w% M4 ]' M最后，圖賓根的加工專家可為顧客提供加工效率最高的定制工藝過程,。其關(guān)鍵是,，工藝過程與機(jī)床類型和加工能力完美匹配，例如,，可用較低性能的機(jī)床,，達(dá)到最大的輸出產(chǎn)量。Masur強(qiáng)調(diào)：“在移交前模擬和驗(yàn)證加工工序,，讓用戶對(duì)加工的高效性,、經(jīng)濟(jì)性或加工可靠性做到心中有數(shù)�,！�
! O1 [9 M. [9 x, y4 w) GM3255玉米銑刀：在粗加工凹窩或凸肩時(shí)或者需要高金屬移除率時(shí),，瓦爾特M3255豪豬銑刀是最佳選擇，特別適合加工鈦合金等難以加工的材料,。此刀具在周向切向布置的四刃可轉(zhuǎn)位刀片且在前刀面上有雙刃可轉(zhuǎn)位刀片,。銑刀的主要特點(diǎn)是低齒距，還可用于全槽銑削,。例如,，假設(shè)參數(shù)D＝80， z＝6,，粗加工的加工量在400 cm³/min以上,，刀具使用壽命超過每張刀片60分鐘。從2016年5月開始,，瓦爾特正式把M3255印在刀具產(chǎn)品目錄上,。屆時(shí),，在客戶提出要求時(shí)，可作為非標(biāo)刀具供貨,。/ _: s: d5 o/ [$ V# f3 [% l2 W
鋁合金的典型試驗(yàn)! D0 e8 h7 a# b; r' `; J: a
因?yàn)楹娇展I(yè)幾乎沒有真正的試驗(yàn)零件直接可用,，也沒有大型構(gòu)件，所以瓦爾特的專家們通常都是用普通零件證明其每代刀具產(chǎn)品的性能,。這種元件采用市面上有售的Ti6Al4V （3.7164）材料制成,。瓦爾特的專家們?cè)O(shè)計(jì)除了具有多種典型凹窩形狀的零件，這些凹窩形狀與實(shí)際零件上的凹窩形狀相同或類似,。這就是說,，加工結(jié)果可相互轉(zhuǎn)移。
4 s2 C5 v8 W3 p5 s4 s, q; k1 BM4002萬能面銑刀：M4002是一種高進(jìn)刀量銑刀,，適合面銑和插銑,。外能刀片的導(dǎo)程角為15°。這種刀具配有WSM45X切削刀具材料,，是鈦合金零件凹窩加工的理想解決方案,。
' }( @4 t# e7 f% k x; x$ o6 A其計(jì)劃方案是一種四合一的刀具：M3255切線玉米銑刀、M4002大進(jìn)給量面銑刀（粗加工工序）,、Ti40整體硬質(zhì)合金端銑刀和配有Ti50可換頭的模塊化的ConeFit銑刀（半精加工工序和精加工工序）,。這是在現(xiàn)實(shí)生活中可能真正需要的組合，例如在加工起落架安裝支架時(shí)就會(huì)用到,。我們專門為鈦合金加工設(shè)計(jì)了兩種整體硬質(zhì)合金刀具的涂層及宏觀槽形和微槽形,。M3255和M4002銑刀采用了由瓦爾特全新WSM45X切削刀具材料制成的可轉(zhuǎn)位刀片。ISO S和ISO M應(yīng)用最適合的涂層是CVD涂層,，這種涂層非常結(jié)實(shí),。
c2 w! @7 l7 N1 q% SWalter Prototyp Ti40整體硬質(zhì)合金銑刀：Walter Prototyp Ti40是整體硬質(zhì)合金端銑銑刀的鈦合金專家，其差異化的齒距和切削刃特殊設(shè)計(jì),，可抵抗振動(dòng),。這種刀具還適合智能加工戰(zhàn)略，例如高動(dòng)態(tài)切削,。
% g3 b/ \" D, X. R% M* f下文舉例說明了加工通用零件凹窩時(shí)的加工速率和刀具壽命： \& {0 I: x7 D9 q. D' D
1．M3255切線豪豬銑刀/ / D = 50,z = 5 / WSM45X:; k# ?; Q: \* T) _/ v
粗加工 - 凹窩274 mm×120 mm×74 mm：vc＝40 m/min,， fz＝0.15mm， ap＝37.0 mm（2級(jí)）,， ae＝30.0 mm（同心刀具路徑）( k1 U: C& C2 {0 K% U- P, \$ q
結(jié)果：加工量：212 cm³/min,， 刀具使用壽命：70mins （噸/凹窩：14mins）
! Q0 `4 Z/ L0 u3 l! W, S/ p2．Ti50 ConeFit Prototyp/D ＝25， z ＝ 5/整體硬質(zhì)合金可換頭：" g \1 }0 V# Z' ^9 Y
半精加工和精加工 - 凹窩：274mm×120 mm×74 mm：
1 X2 z5 |% ^( ivc＝90 m/min,， fz＝0.1 mm,， ap＝16.0-22.0 mm（變量）,， ae＝3.7 mm（半精加工）,， 0.3 mm（精加工）- v6 Z" A: Q3 p7 J1 E' F: f5 ?: B
結(jié)果：加工量：33 cm³/min,， 刀具使用壽命：60mins （噸/凹窩：14mins）0 L6 v% q) M P3 V
3．M4002大進(jìn)給量面銑刀/D＝50，z＝5/WSM45X：
% _* _& R) x/ c. O粗加工 - 凹窩254 mm×127 mm×42 mm：vc＝60 m/min,， fz＝0.7 mm,， ap＝1.5 mm， ae＝50 mm
* F0 _ e) e( l4 \) k( D結(jié)果：加工量：93 cm³/min,， 刀具使用壽命：40mins （噸/凹窩：10mins）3 u* q1 }: v, n& `; k& ]$ \
差異化銑削高動(dòng)態(tài)切削; r4 e( N# x+ x; }' m3 N
智能加工策略的一個(gè)很好范例是“高動(dòng)態(tài)切削”（HDC）,。這既改善了高效性和經(jīng)濟(jì)性，又改善了加工可靠性,。采用高動(dòng)態(tài)切削后,，加工條件保持不變，因此刀具切削刃上的受力和工藝過程溫度也保持不變,。相應(yīng)的功能由先進(jìn)的CAM軟件提供,。優(yōu)勢(shì)：性能更佳，加工可靠性更高,；恒定的吃刀狀況產(chǎn)生的振動(dòng)小,，刀具磨損率較低，使用壽命長(zhǎng),。因此,，切削長(zhǎng)度更長(zhǎng)，加工量更大,。同時(shí),，主軸能耗低。Walter Prototyp Ti40整體硬質(zhì)合金銑刀最適合這種策略,。! b/ t+ b2 M4 O3 [' Y! |- z6 a
ConeFit接口Ti50和接柄：Walter Prototyp Ti50（ConeFit版本）是一種靈活的解決方案,，用于鈦合金構(gòu)件的半精加工和精加工。配有適應(yīng)各種凹窩深度的大量刀柄,。核心品牌Walter Prototyp的所有整體硬質(zhì)合金端銑銑刀都有ConeFit變型銷售,。
' T$ m- @+ H7 g% }3 K+ i4．Ti40 Prototyp / D＝20，z＝5/鈦合金材料整體硬質(zhì)合金端銑刀：( `8 B( R9 f }! ^( a+ G3 k
高動(dòng)態(tài)切削,，矩形凹窩：200mm×92mm×48mm：( w) f$ K5 \+ _* R! |. Q) p' s
vc=115m/min , fz = 0.134 mm,ap=47.5mm, ae=2mm# n$ U, A" R4 l9 _4 b
結(jié)果：加工量139cm³/min（噸/凹窩：9mins）
: U' q7 ~8 f9 e. z/ `! R鈦合金材料輕質(zhì)和高強(qiáng)度特性$ a* ~) Z- z+ Z% \- _
鈦合金材料被分類成很難加工的材料（ISO S）,。這些材料的導(dǎo)熱性低，刀具切削刃口承受的熱負(fù)荷很高,。加工期間,，低彈性模量也容易出現(xiàn)振動(dòng)。
0 r: B/ `8 `8 c2 G. s瓦爾特的航空工業(yè)專家使用由Ti6Al4V制作而成的通用零件,，示范了典型的構(gòu)件工藝,。9 l4 p! z* M2 Q2 D! n6 A
Ti6Al4V是航空工業(yè)最常用的鈦合金材料，但目前越來越多的起落架也使用Ti-5-5-5-3和Ti-10-2-3材料。兩種材料的熱穩(wěn)定性比Ti6Al4V高,，加工時(shí)切削速度低,。
1 I- h, ]' ^9 n( p/ A5 _Ti6Al4V導(dǎo)熱系數(shù)：7.56W/mK（鋼材Ck45：51.9W/mK）
$ g3 m6 |" I/ i t' k& ~. |. ^# RTi6Al4V 彈性模量：＝110kN/mm2（鋼材 Ck45：210kN/mm2）
( V6 g8 S- A) D+ \+ S. Q# }' iTi6Al4V密度＝4.4 g/cm3（鋼材＝7.85g/cm3）4 ?) }2 B8 ^, Q, ]
Rm Ti6Al4V的抗拉強(qiáng)度＝900N/mm2
1 k: x1 Z2 I8 n* g0 G9 X8 S. S: c但什么是合金？& Z+ v& F4 `9 Q) k" I8 N9 x5 Z
鋁材是現(xiàn)代航空器不可或缺的材料,。盡管復(fù)合材料用量越來越多,，但是這種材料仍然起著重要作用。其中部分原因是正在研發(fā)性能優(yōu)良的鋅合金材料,。目前的趨勢(shì)是朝鋁鋰鍛造合金發(fā)展,。
! o+ A+ W/ |9 ^# T& IAl-Li合金比其他鋁合金輕，彈性模量較高,，特性最適合飛機(jī)制造工業(yè),。用這些輕質(zhì)材料制成的工件通常與鈦合金工件類似。這兩種材料都有大量凹窩,，因此產(chǎn)生大量的切屑,。主要的差別是，鋁合金加工采用HSC（高速切削）工藝,，不再被認(rèn)為“難以切削”或“切削參數(shù)低”的材料,。相反，當(dāng)銑削速度在3000 m/min以上時(shí),，Vc值不常用,。另一方面，切削速度太低容易形成積屑瘤,，從而降低刀具使用壽命,。同理，在加工鈦合金時(shí),，使用鋁合金還要求大量的技術(shù)專長(zhǎng)和零件知識(shí),，以便開發(fā)出高效經(jīng)濟(jì)、安全可靠的工藝,。其重點(diǎn)是根據(jù)應(yīng)用提出完整的解決方案,，與鋁合金優(yōu)化的刀具和機(jī)床方案一樣。: E/ o: ]% C5 J" h7 F* Y. P
因此,，瓦爾特最近引進(jìn)了一種全新銑刀,，這是一種嶄新的專業(yè)鋁合金，可以根據(jù)飛機(jī)制造工業(yè)的要求精確定制,。M2131斜向進(jìn)刀銑刀,，采用90°可轉(zhuǎn)位刀片，其專長(zhǎng)是斜向進(jìn)刀和凹窩銑削,。瓦爾特制造銑削本體同心度最高,，使用的可轉(zhuǎn)位刀片有防離心力保護(hù),。銑刀也經(jīng)過預(yù)平衡調(diào)整。通過HSC機(jī)加工,，可得出保證高加工可靠性的測(cè)量值,。
, y$ B; o9 o) ~8 }! j9 O4 N但是，新刀具的亮點(diǎn)是WNN15材質(zhì)可轉(zhuǎn)位刀片,，這是一種全新的PVD刀具， 使用“HiPIMS方法”制造,�,！癏iPIMS”表示“高功率脈沖磁控濺射”。這種物理涂層工藝的獨(dú)特特點(diǎn)是形成一層彈性極高的平滑PVD涂層,。這種新刀具的好處是摩擦非常低,，形成的積屑瘤也很少。它還可耐受后刀面磨損,，具有極高的切削刃穩(wěn)定性,。圖賓根瓦爾特銑削產(chǎn)品經(jīng)理Wolfgang Vötsch說：“現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確認(rèn)了新可轉(zhuǎn)位刀片相較于標(biāo)準(zhǔn)型的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，我們的應(yīng)用工程師已經(jīng)輕松實(shí)現(xiàn)了刀具使用壽命延長(zhǎng)至200％,。有一種情況,，我們甚至可延長(zhǎng)幾乎400％！”
, ^7 U. x, d) w" @8 B! L- D& \% |3 y0 s# e" m) j
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發(fā)表于 2016-12-7 18:55:52
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