航空工業：安全快速的鈦合金加工

        總部位于圖賓根的專家瓦爾特Xpress航空航天系列產品可滿足航空工業的特殊要求。特別是，其按客戶具體尺寸定制的整體硬質合金刀具的交貨期為2～3周。一種創新的刀具涂層和刀具技術保證刀具使用壽命在某些情況下翻番。
 
      航空工業的情況與其他行業略有不同。重量起著重要作用，每一克都不容忽視。正是產品重量決定了其盈利能力，而不是零部件的價格。毋庸置疑，鈦合金在該行業保持較大增長，并受到普遍歡迎。特別是高強度構件，使用的鈦合金最多。典型的例子是門及門框周圍附件、起落裝置支撐架、底架支架或起落襟翼軌道。鈦合金還耐腐蝕、耐高溫。
 
      但是，特別是民用航空器制造廠，他們發現自己面臨越來越大的制造壓力，這種壓力與汽車行業類似。迄今為止，波音、空客和龐巴迪主要占據了市場份額，龐巴迪的市場份額相對較小。同時，中國和俄羅斯的新競爭對手正準備進入市場。因此，制造商的壓力越來越大，他們必須盡可能做到經濟高效。瓦爾特成功研發的Xpress Aerospace系列在這方面做出了重要貢獻。

      工具系統的最新科研成果
 
      挑戰：鈦合金比鋁合金更難加工，是迄今用得最多的材料。這種材料的化學反應性很強，導致加工期間切屑被熔化在切削刃上。因為材料的熱傳導率差，所以切削刃處的溫度急劇上升。這導致切屑的狀況極其惡劣，磨性也特別大。最小的彈性模量導致工件彎曲。加上材料固化在刃口區域，因此即使是低切削速度，也會縮短刀具刃口的使用壽命。
 
      刀具成本在很大程度上取決于對零件、材料及工藝的需求。減小壁厚可導致零件變得極不穩定，于是加工的重中之重是考慮機床的穩定性和夾緊穩定性。使用適當的冷卻液策略，也對刀具使用壽命有嚴重影響。瓦爾特持續研發刀具系統，旨在縮短加工時間。硬質合金基體、新涂層技術以及切削刀具的宏觀槽形和微觀槽形此時起著十分重要的作用。但是，通過與CAD/CAM專家通力合作，加工策略還可進一步優化。
 
      這一切使得當今鈦合金精加工和粗加工的高性能切削(HPC)和強動力切削(HDC)皆有可能。Walter Prototyp Ti38 Z6-10的強力銑削和創新的新涂層，可達到140 m/min的切削速度。多達10齒的多齒解決方案，可使進給量在小接觸寬度時增加50％。與傳統解決方案相比，這些整體硬質合金刀具解決方案可增加金屬去除率50％。
 
 
       涂層決定壽命
 
      新研發的基體和涂層技術的實例是Walter Prototyp Ti系列整體硬質合金的PVD基涂層（物理氣相沉積）。與傳統的ANC涂層（氮化鉻鋁）相比，這種涂層可大大延長刀具使用壽命 - 延長100％以上。例如，在使用Prototyp HPC Ti40進行半精加工和精加工由抗拉強度為1250 N/mm²的3.7164鈦合金制成的窗框時，刀具使用壽命延長154％，即從原來的175分鐘延長到444分鐘。使用Prototyp HDC Ti38 L進行精加工，外廓可使刀具使用壽命延長116％。速度增加25％，且加工量增加23％。
   
      其它創新技術是可轉位刀片切屑刀具材料WSM45X的CVD涂層技術，這種技術可用于Walter BLAXX M3255玉米銑刀。涂層相當于一層熱保護層，切削速度可達65米每分，且刀具刃口使用壽命可延長到130分鐘。這使得鈦合金結構件的刀具使用壽命翻番，這些加工工序通常是滿槽銑和順銑的組合，其中切削速度為45米每分，進給量0.12毫米。另一種選項是，切削速度增加到65米每分，刀具使用壽命保持恒定，約60分鐘。采用PCD（聚晶金剛石）切削刃，還可進行精銑，這是已知最硬的材料。
 
      但是在這種情況下，必須實施相應的冷卻策略，保持切削刃的加工溫度在600攝氏度。一般來說，切削液和冷卻介質的濃度對刀具使用壽命有重大影響。最重要的是盡可能直接將冷卻介質引入工作區域。這可通過刀具的專門冷卻液通道來實現。70巴高壓冷卻是新機床的最新技術。低溫加工的非標刀具解決方案，采用液體二氧化碳或液氮加工，以溫度較低者為準。
 
 
      從刀具供應商到技術合作伙伴
 
 
      瓦爾特將其自己視為數字化過程合作伙伴，因此開發出與“零件加工解決方案”密切相關的刀具。這需要一個完整的專家團隊。為了完全評估工藝，最關鍵的前提條件是有熟練的CAD/CAM技能。為了滿足客戶需要，瓦爾特為整個工藝過程提供刀具、解決方案和服務。
 
      于是，瓦爾特多年前就與謝菲爾德大學先進制造研究中心通力合作，研發出了“零件加工解決方案”。在項目過程中，使用航空航天工業常用的CAM程序，為結構件的所有凹窩形狀研發出了非標加工策略。這種“toolbox”使得相應的加工工藝過程快速高效地從客戶零件的3D模型中衍生出來。
 
 
       質量最優，時間最短
 
      “好事情總是伴隨著那些耐心等待的人”當今不再適用。即使是采用根據客戶需要定制的非標尺寸的高性能刀具，也面臨巨大的時間壓力。因此，瓦爾特從年初就提供為航空工業等行業提供了歷史悠久的Walter Xpress服務。Xpress刀具解決方案的交貨期為2～3周。速度從訂購過程本身開始。my.Walter軟件解決方案可讓客戶自己或與經過培訓的現場服務人員合作在線設計刀具。采用“Walter Online Xpress”后，客戶最大在1小時內通過電子郵件就能收到具有約束力的報價，包括2D圖紙和3D模型。訂單本身也往往是公司的瓶頸，在使用瓦爾特刀具管理后，訂單也大大加速了。

圖文說明：Dirk Masur是瓦爾特鈦合金加工的航空工業零件經理和專家。
 
 

   
圖文說明3a, b：瓦爾特鈦合金加工的新產品組合：HPC/HDC應用的Walter Prototyp Ti38和Ti40 Z5。銑刀適合強力銑即半精加工和精加工工序。Ti40還可用于粗加工。 

圖文說明：Walter BLAXX M3255豪豬銑刀;適用于速度為60 m/min、刀具使用壽命為130分鐘的鈦及鈦合金的高性能銑削加工。Walter BLAXX M3255 Z5玉米銑刀，配有采用CVD涂層的WSM45X可轉位刀片
 

        圖片：瓦爾特公司