伊斯卡:數載革新，提升航空工業
 --航空航天加工：新的機會，全新的選擇

作者：伊斯卡
       制造更大，更輕，更省油的飛機的趨勢，給敏銳的航空供應鏈的制造商們創造了確實的機會。制造商們需具備更高的加工鈦的能力 - 也包括加工新的Ti 5553。在新的載客量為210-330人的夢幻飛機上，例如，鈦、鋼和鋁的含量3倍于上一代飛機。曾經高強度鋼材質的起落架，如今都變成鈦合金；曾經的鋁質機身，今天變為了復合材料和鈦合金；梁，滑桿，以往由高強度鋼300M制成，現在可以是Ti 5553或Ti 10-2-3材質。但是，這還不是全部。無論你在飛機的哪個部位發現復合材料或塑料，很可能找到鈦金屬在化學元素周期表中鄰近的元素，因為鄰近元素具有與鈦更相似的熱膨脹特性及更好的結合強度以與鈦合金匹配。
　　以上發展趨勢已經造成了飛機零部件制造的困難。何也？因為即使是的切削條件下，加工zui常加工的鈦合金，其加工時間也會十倍于加工鋁合金，四倍于加工高強度鋼。通常，每去除一個體積單位，加工鈦合金需要消耗更多的功率，需要更大的扭矩。其次是新的Ti 5553（l鋁，5V釩。5Mo鉬，3Cr鉻）合金，其強度比主流的Ti 6Al4V高出20％至35％，但加工難度卻是后者的4倍。隨著Ti 5553的應用的增長，飛機的生產制造也相應地遭遇阻礙。
不過在經濟緊縮時，障礙正是的商機
　　*，鈦是今天受到青睞的高強度重量比金屬。此比率意味著重量的減輕，這將直接轉化為更高的燃料效率并降低溫室氣體的排放。難怪說，鈦的應用的增長速度遠高于其他金屬，且沒有止步的跡象。加工鈦的市場需求一定是在上升，這是顯而易見的，所以如果你掌控了加工鈦的技術，并做了正確的市場定位，那么，就基本鎖定了未來。
　　壞消息是，加工鈦的難度比加工鋁或不銹鋼大多了。其加工效率較低的原因是多方面的。其高強度意味著需消耗更高的功率，才能產生切屑。而彈性模量相對較低，加工中，相比于鋁或鋼，鈦偏離切削刃的趨勢更大，因此，刀片需帶鋒利的切削刃，以保障工件的尺寸公差。除非切削刃保持鋒利，否則在進刀及退刀時，刀片前刀面易出現月牙洼。鈦的低導熱系數意味著切削區域切削熱更集中，從而導致摩擦，冷焊，zui終產生積屑瘤現象，這對刀具和工件是有害的。
　　好消息是，伊斯卡公司已經開發出全系列的用于鈦合金加工的銑削系列，車削系列，孔加工系列?？梢院敛豢鋸埖卣f，這些刀具在加工主流鈦合金時，其金屬去除率可比平均水平高出40％以上。
刀具剖析
　　這些前沿刀具的共同特點：非常鋒利的切削刃，切削刃鈍化處理以延遲積屑瘤的產生；螺旋切削刃，使得刀具切入工件輕快；耐熱涂層兼以刀具帶內冷卻通孔設計，使得冷卻液直達切削區域，共同作用以降低切削區域切削熱。優化基體的選擇：在連續切削或較理想的切削條件下，可選耐磨性更佳的基體；在承受沖擊載荷或在剛性不佳的切削系統下，大懸伸，斷續切削產生振顫的情況下，選取韌性更佳的基體。兩種選擇的目的，都是為了追求具有可預見性的長的刀具壽命。所以刀具需保持連續數日的可靠加工，而不僅僅是以分鐘為單位來測試。來自一個航空工業生產一線操作者的報告反映出，僅僅將合號更新為IC380，在加工鈦合金及超級合金時，刀片每切削刃壽命就提高了一倍。
　　銑削鈦合金時，刀片的兩種典型失效形式是：切削刃上產生崩刃，熱裂，導致刀片壽命的降低。為防止切削刃產生崩刃，伊斯卡研發部門開發了一款韌性高的，強固的硬質合金基體。
　　應對切削條件不佳時鈦合金的粗銑加工，采用韌性高的基體可有效延長刀具壽命。在一些應用中，對比于其他任何硬質合號，其刀具壽命可達三倍甚至更長。對于航空航天工業而言，零部件的生產量是如此重要。
　　刀具可靠性的另一個保障來自于束魔涂層（SUMO TEC）技術，該技術于2007年底面市，涂層后處理技術使得涂層表面光滑，提高了刀具性能，降低了切削區域的摩擦。目前，此涂層技術已廣泛應用于伊斯卡銑刀，車刀，孔加工刀具，用以應對鈦合金的加工。來自zui初更新刀具的機身制造商的反饋報告顯示，僅僅更新刀片牌號，加工鈦合金機身，就能有效提升刀具性能 25% -40%。（圖1）

其他zui近的鈦加工的刀具進展：
　　對于90。方肩銑，新型雙面螺旋刃銑刀（HELIDO）片，設計有四個而不僅僅是兩個切削刃。
　　螺旋刃蝴蝶銑刀（HELITANG），設計意圖直指重型粗銑，現已有帶鋒利切削刃，后刀面拋光的刀片問世，是加工鈦合金的理想刀具。該銑刀在面銑，方肩銑，槽銑，側插銑加工中，表現出高金屬去除率。立裝夾持，令主切削力指向zui厚實的刀片截面從而提高每刃承載能力；螺旋切削刃使得切入輕快，干凈利落，這對鈦合金的的加工而言尤為重要。（圖2）

　　對于深腔重型粗銑（以減輕零件重量為目的），采用大懸伸的刀具是必須的（這在航空工業中很常見），的技術是采用雙面螺旋刃飛碟銑刀（HELIDO-FEEDMILL H600）。特別的幾何形體，有助于銑削時高速進給，以實現高金屬去除率，確保全效率切削。切削合力軸向指向主軸，在大切削負載下，加工系統更可靠，并能實現高進給銑削。
　　當整體硬質合金銑刀的制作達到了高精度和高光潔度，飛碟銑刀系列（FeedMill）就可以用于加工鈦合金?；A柄的設計，不等齒距排布，都是為了在加工強韌鈦合金時，允許重型切削，且不傷害刀具。以軸向切削力為主，能減少整體硬質合金刀具突然折斷的風險。
　　基于不等齒距銑刀原理，增添至精加工波形刃（FINISHRED）家族的粗精復合特性立銑刀也可用于加工鈦合金。兩相鄰光滑切削刃可實現在一次進刀中，同時完成粗精加工，確保了在快速金屬切削的同時，完成精銑加工。雙功能刀具，也可在刀庫中節省出一個刀位，減免了一次換刀輔助時間。
　　復合材料
　　復合材料用于制作高性能產品，且應用越來越廣泛。主要用在要求輕質，在嚴酷條件下需保持強固的眾多新型航空航天工業的機翼及機身部件中。復合材料在*的產品制造中具有*優勢，但除非加工過程合理控制，否則復合材料也很容易被損壞。源于復合材料的性質：非均質，各向異性，并由磨料組件增強其強固性 - 故而比金屬材料的加工制造困難得多 - 并因此而歸類為難加工材料。復合材料工件在加工過程中，容易遭受無法承受的傷害，且刀具磨損率之高也是令人無法接受的。
　　操作不仔細或操作不當，復合材料的加工過程可能損害工件（如底層分層鉆孔時）。
　　前沿的銑刀、鏜刀，可為加工復合材料提供*的解決方案，伊斯卡的PCD（金剛石）刀具，因其磨損小而被用戶普遍接受。
　　進展
　　當加工噴氣發動機零部件，基于*的刀具，選擇不同的，更好的解決方案，可以大大縮短加工時間和減少的使用刀具數量。
　　克服上述加工難題，可采用新系列的刀具，即用于高壓冷卻條件下的刀具，冷卻壓力：70bar - 120 bar。采用此類刀具可提升切削速度2-3倍，且不會縮短刀片壽命，并顯著改善切屑形狀。此系列刀具被稱之為 Jet HP 系列（HP=高壓），目前標準刀具有 ISO 車刀，車削-切槽刀，切斷刀系列。（圖3）

　　現今，主流的機床制造商可依據用戶需求，為機床內置標準的高壓泵，可實現冷卻壓力：60bar - 100 bar。配備高壓泵的現代化機床，采用正確的刀具，用戶可獲取諸多好處。益處如下：切削速度更高，改善的切屑形狀，保持加工過程低切削溫度，更長的刀片壽命。
　　車削-切槽刀具
　　伊斯卡的車削-切槽刀，譬如CUT-GRIP霸王刀，早已為航空工業的用戶所熟知。其結構、設計，可實現在切槽，車削，仿形加工中多方向切削，可用于加工非常復雜的零件、實現復雜的形狀，而僅需zui少數量的刀具。V型槽的強固夾持結構設計，保障了夾持的高剛性，并能應用至深槽加工。深槽加工，是其他常規刀具因受限于尺寸及結構所無法實現的。
　　以上優點，兼以高壓冷卻，強力提升零件加工的生產率。例如，加工鈦合金的切削速度可達到約 150m/min，而在常規的低壓切削條件下，切削速度僅為 60 m/min。
　　孔加工刀具
　　公司投入的新項目，在加工領域與發展趨勢保持一致，提供zui有效，高生產率及合適的解決辦法。
　　更新的DR-TWIST系列，采用更*的刀片形狀加工鋁合金工件，刀片規格為 SOGX，帶4個切削刃，可直接夾持于標準DR-TWIST 鉆桿。刀片周邊磨制，切削刃非常鋒利，卷屑槽專為加工鋁合金而設計。采用此刀片，在保障孔加工的高精度的同時，可極大提高切削速度及進給。刀片表面拋光處理，使得卷屑時可避免積屑瘤現象的產生，提高刀片每切削刃壽命，同時保持高精度鉆削表現。
　　該系列也被證明可用于加工鈦。螺旋狀鉆桿，強度高；大螺旋角排屑槽，易于排屑；結合特別的合號，在保持相同的刀具壽命和孔加工精度的前提下，可實現更高的切削速度。
　　SUMOCHAM束魔變色龍鉆系列，剛性更佳，帶大螺旋角排屑槽，排屑槽光潔度高，排屑流暢。夾持 ICM 刀頭，可用于加工鈦合金及 Inconel 合金，在保持孔的精度的同時，可獲取更高的切削參數。另外，刀頭夾持系統使得刀頭壽命更長，同一鉆桿可更換刀頭數更多，為更經濟的解決方案。
　　加工鋁合金，采用 ICN刀頭，因其大正前角及拋光的排屑槽，使得切屑控制更佳，并抑制積屑瘤現象的產生。
　　在進行鉸削操作時，采用 Bayo-T鉸刀系列，在加工不同要求的孔時，可選用不同形制的鉸刀頭。
　　作為易于操作的，經濟的解決方案，可用于加工各種被加工材料。而用于加工鈦合金的鉸刀頭，為非涂層牌號，帶大正前角，特別的導向角，以保障高速大進給鉸削。
　　整合資源，提升產能
　　以上介紹的，僅僅是伊斯卡近幾年發展的，針對鈦合金加工的少數案例。過去的兩年，大多數刀具已被引介給用戶或產品已升級。持續的改進，專業刀具，航空航天工業的加工方法，共同作用，有利于為用戶的鈦合金加工帶來更具優勢，更高生產率的解決方案。