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株钻刀具在航空发动机车削领域的应用

  中国机械工业联合会机经网发布时间:2012-07-17 10:05:54 来源:中国金属加工在线

  近年来,全球的航空产业正处于蓬勃发展期,不断有先进的航空产品发布。而刀具作为航空零部件加工的最重要的主体之一,随着航空业日新月异的变化而高速发展。株钻刀具作为国内刀具企业的领头羊,有怎样的作为呢?株洲钻石切削刀具股份有限公司张京在接受金属加工在线记者采访时谈到株钻通过与航空发动机加工企业的强强联合,在航空发动机车削领域得到了长足的发展。

  航空发动机典型零部件包括:风扇盘、风扇机匣、盘轴、涡轮轴、长轴、整体叶盘及涡轮机匣等(见图1)。

  航空发动机零部件属于典型难加工结构件,具有以下典型特征:①极其复杂的内部结构,如深内凹腔等,刀具异形,悬伸长,加工时易引起振动,排屑困难,在刀片刀具设计和编制加工程序时需要充分考虑刀具与工件之间的安全间隙。如鸽尾形叶根槽及其他可达性很差的凹槽等。②薄壁(弱刚性)结构,在选择刀具时需要充分考虑切削力对工件变形的影响。③高尺寸精度要求。

  用于航空发动机零部件的主要材质为高温合金和钛合金,属于典型的难加工材料。该类材料具备以下特征:①化学活性大,高温时会形成很高的硬化层;亲和性也大,易与摩擦表面发生粘附现象。②导热性差,切削过程散热差,致使刀具切削刃的温度大幅上升,刀具磨损加快,寿命缩短。③弹性模量小,在切削力作用下,容易产生变形,同时己加工表面回弹,使刀具后刀面与已加工表面发生剧烈摩擦。

  近年来,株洲钻石与国内知名航空发动机加工企业通力合作,开展航空航天钛合金、高温合金切削机理研究,与现场加工工艺相结合,开发出了多个系列专业产品,构造了成熟的航空发动机零件车削加工刀具体系,包括ISO标准车刀、切槽刀具和异型非标刀具,配合超细晶粒的硬质合金基体和纳米级的PVD涂层牌号YBG102,实现高温合金和钛合金的高效加工。

  标准车削刀具,如NF槽型系列:采用精密磨制,重复定位精度高,兼顾刀尖锋利性和刀尖强度,适合于高温合金和钛合金的精加工;NM槽型系列:切削刃强度高,槽型表面光滑、导屑顺利,适合于高温合金和钛合金的半精加工和粗加工,如图2所示。

  以某公司加工一高压涡轮转子前轴为例,加工材料为inconel 718,洛氏硬度超过39HRC,型面精加工。加工时线m/min左右,加工时间达到45min,断屑顺畅,表面光滑,零件表面完整性得到可靠保证。

  切槽刀具在航空发动机车削领域应用非常广泛,也是株钻航空刀具的研发重点。在原有的“小松鼠”系列切槽刀获得广泛的市场认可的基础上,开发了钛合金高温合金专用切槽刀具中的ZIMF系列、ZIGQ系列,采用单头(刃)、斜装、V形定位的结构,具有较高的通用性、尺寸精度和重复定位精度。ZIMF系列刀片槽型设计兼顾刃口强度及切削刃的锋利,切屑控制出色,在高进给率下噪声小。ZIMF系列主要用于高温合金、钛合金的去粗加工。ZIGQ系列具备锋利的切削刃,极低的切削压力,能够获得良好的加工表面质量,主要用于高温合金、钛合金的精加工及半精加工,如图3所示。

  同时为适应航空发动机典型零部件复杂特征的加工需求,株钻刀具可以为客户量身打造开发出异型刀片,满足客户加工过程中的各种特殊要求,如图4所示。

  株钻工程师为客户定制的工艺方案的原则是精确评估、安全至上。航空领域的加工首先考虑的是其安全性、可靠性。株钻工程师为客户们定制的加工方案都以加工安全为重点、加工表面质量为核心,配以最优化的走刀路径、进给和转速。在确保加工绝对安全的前提下,最大限度地缩短加工时间。在航空发动机动力涡轮第一级盘的加工中,材质为GH738,材质硬度为32~42HRC,工程师们配以加工方案如下,如图5所示。

  动力涡轮第一级盘的加工主要工步为:粗车短端、粗车长端、半精车短端、半精车长端、精车基准、精车长端、精车短端。实际上该动力涡轮第一级盘的加工主要由粗加工和精加工两大工序完成。粗加工主要考虑刀片的强度大,金属去除率高。精加工的刀片的具体型号根据工件拐角圆弧尺寸大小来确定。由于工件形状的复杂不规则型,加工过程中需要考虑避空,在工艺方案设计时,异型刀杆的设计是必不可少的。株钻刀具除了给客户制定整体的工艺加工方案,也为客户提供单个复杂特征加工所需的异型刀具,如图6所示。

  株钻刀具一直把新产品的研发和转换作为企业发展的推动力,把技术革新作为企业生存和发展之根基。随着航空航天业的发展,株钻刀具也一直在为更优质的航空航天业加工刀具而努力。针对航空发动机零部件加工,计划2012年陆续推出一种新牌号、一种新车削槽型系列、一种新系列切槽刀具。

  针对航空发动机领域的车削加工,株钻刀具为加工高温合金和钛合金量身定制了新的涂层牌号YBG105。预计比原来的YBG102牌号寿命提高30%以上。

  目前,针对航空发动机领域回转件的特点,开发出通用型NGF槽型精加工车削刀片,刀片采用精磨,重复定位精度高,构建了完整的适合钛合金、高温合金从粗车到精车的槽型系列(见图7)。

  同时,株钻开发出了新型槽刀系列,采用凸V定位方式,提高了刀片强度;刀片定位面采用精磨方式,提高了重复定位的可靠性。

  株钻刀具将以为客户提供完整的工艺解决方案作为目标,不断积累成功经验,丰富产品系列,构建完整的航空零件加工刀具体系。相信株钻会给航天航空加工领域带来更多更好的技术服务和产品。

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