瓦尔特、瑞士巴索和牧野联手制定新标准
虽然钛合金部件在一架标准客机中的重量占比只有14%左右,但这些部件在金属部件总加工时间中占三分之二。与铝相比,钛合金加工能够达到的金属去除率(cm³/min)非常低。如能缩短钛合金部件的加工时间,或者大幅提高加工刀具的寿命,就可以显著提高其加工过程的效率和成本效益。随着全新型轻快型玉米铣刀M5250的推出,加工专家瓦尔特、冷却润滑液专家瑞士巴索(Blaser Swisslube)和高端机床制造商牧野(Makino)密切合作,成功迈出了这一步。
加工过程,尤其是在加工钛合金等要求严苛的材料时,团队合作必不可少。采用合理优化的加工刀具和冷却润滑液,就能充分发挥专为钛合金铣削研发的高端机床的潜力,如牧野T2。反过来也一样:新型瓦尔特M5250玉米铣刀在牧野T2等机床上加工钛合金部件时的表现非常出色,这是由于其主动减震系统、刚性设计、高扭矩的高性能主轴以及强大的高压冷却系统,为铣刀创造了最佳的工作条件。
钛合金梦之队:瑞士巴索应用工程经理Christoph Wüthrich、牧野欧洲产品经理Andrea Biscardi和瓦尔特航空航天部件经理Dirk Masur。
刀具和主轴的热负荷高
钛和钛合金具有低导热性,这对于机械加工来说是一项真正的挑战。虽然钢加工过程中产生的热负荷约80%会通过切屑消散,但钛合金加工的这一数字只有20%。这也就是说,加工刀具和主轴必须吸收大量的热量。可转位刀片的刀刃上会产生极端高温负荷。如果没有对策,刀刃与工件接触时磨损得非常快:实际上就是在磨损掉了。所以采用特殊形状的刀刃和涂层,再加上冷却润滑液,试图减缓这种不可避免的磨损过程,同时在一定程度上对其进行控制。为了安全起见,在加工质量方面,大部分生产管理者在出现深度磨损痕迹之前,就会更换可转位刀片。
瓦尔特M5250的特殊形状设计让冷却液能够直接输送到刀刃切入材料的入口位置。这样大幅提高了刀刃寿命和金属切削速率。
冷却液与机器设备之间的协调
瑞士巴索股份有限公司的高级部门经理Daniel Schär解释了巴索在该项目中的作用:“加工钛合金的过程中,起到关键作用是控制刀具与机器上产生的热量。针对在这些特殊条件下使用而优化的冷却润滑液,确实可以在刀刃寿命和金属切削速度方面有所不同。所以,我们的研发团队一直在深入研究最理想的冷却润滑液愿景。凭借Vasco Skytec H 600,可以说我们已经非常接近这个愿景。”瑞士巴索在其位于瑞士的技术中心进行了对比测试。在这些测试中,涉及22种来自竞争对手的冷却润滑液和5种自己的产品,这一款创新冷却润滑液的表现从中脱颖而出。
瑞士巴索研发的这款创新冷却润滑液 – Vasco Skytec H 600在加工过程中的效率明显高于传统冷却润滑液。所以即使采用现有工艺,也可以实现更长的刀具寿命。牧野欧洲有限公司的产品经理Andrea Biscardi解释了这款新型冷却润滑液T2这类机床的影响:“牧野T2最重要的功能之一是其强大的7MPa、200 l/min高压冷却系统。这意味着,即使采用传统润滑液,我们也能在工件上达到出色的冷却效果。而如果我们使用Vasco Skytec H 600,可以再次看到存在明显的差异。从某种意义上说,加工刀具仍然是限制因素。或者您可以采用经过优化的钛合金加工刀具,如瓦尔特的玉米铣刀。从机器的运行时间和实现的切削参数上,您就可以看到它的表现。”
支柱为起落架提供支撑,防止轮子纵向移动。其位于起落架的中间位置,从而可以伸缩进入飞机机身。由于材料原因,加工这个部件时会遇到特别的挑战:支柱主要由难加工的钛合金材料制成,如Ti5553或Ti10-2-3。
压力条件下保持出色效果
多年以来,钛合金机械加工一直是瓦尔特公司产品开发的一项重点。凭借BLAXX M3255玉米铣刀,图宾根的机械加工专家在其产品系列中加入了钛合金加工的经典产品。2022年,瓦尔特推出了新一代可转位刀片,其刀刃采用创新的WaveCut形状,与传统解决方案相比,在刀具寿命方面具备更大优势。瓦尔特航空航天部件经理Dirk Masur解释道:“我们一直在努力为客户的工艺提供更好的解决方案。比如与牧野和瑞士巴索合作的项目,就是在理想但真实的条件下进行测试,然后再进一步研发全新刀具概念的重要机会。全新的瓦尔特M5250玉米铣刀正是从中受益的成果。”
对于瓦尔特来说最重要的目标是,对钛合金部件进行粗加工时,在以往解决方案的基础上进一步大幅提高可转位刀片的金属切削速率和刀具寿命。WaveCut可转位刀片已经成为了优化粗加工策略的重要组成部分:通过将刀刃形状从直刃改为“波浪形”刀刃,在铣削过程中作用在刀具和部件上的力会发生变化。刀刃会更加平缓地进入材料,从而减少振动,并在高性能加工过程中实现低振动和最大5xD的加工深度。
采用WaveCut形状、精密冷却润滑液的可转位刀片,使得瓦尔特M5250玉米铣刀成为航空航天行业标准批量钛合金加工的理想选择
WaveCut形状也已降低了作用在可转位刀片、刀具和主轴上的热负荷。通过尽量直接向可转位刀片喷射冷却润滑液的方式,可以进一步显著减少刀刃上产生的热量。在新型Walter M5250玉米铣刀上,研发团队利用了WaveCut刀刃的优势,即切削时相对弯曲的,在端面刀片上设有2条冷却液槽。刀具本体中的冷却液槽道经过设计,能为各个刀刃以及孔眼断面输送最佳的冷却液,充分利用冷却液泵的输出和可利用的体积流量。冷却液根据热量要求直接作用在刀刃进入材料的入口位置。这样不会影响粗加工过程中刀具本体的整体稳定性,同时关键点的冷却的改善也明显提高了加工稳定性。
采用瑞士巴索的新型Vasco Skytec H 600产品后,表现更加出色:在牧野T2上对TC4(Ti6Al4V)制成的工件按参数vc 60 m/min、fz 0.18 mm、vf 218 mm/min、ap 60 mm、ae 10 mm进行测试,并且配备Tiger·tec®G55W WSM45X可转位刀片的新型Walter M5250玉米铣刀,其表现远远超过其它瓦尔特玉米铣刀、可转位刀片和冷却润滑液的所有其他测试组合。在110分钟时,每个刀刃的寿命比采用其他冷却润滑液和刀刃形状的配置长162%。当然在金属切削速率上也有反映,达到了130.9 m3/min。
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