渦輪壓縮機(jī)葉片的銑削加工

    美國Turbocam公司生產(chǎn)的Turbocam五軸加工機(jī)床是用于加工渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子、定子等成套零件。在Turbocam五軸加工機(jī)床上加工的材料包括彌散硬化不銹鋼、鈦合金、鎳合金等，許多工件具有很高的高溫強(qiáng)度，很難加工。加工此類材料應(yīng)采用鋒利的正前角刀具，對材料進(jìn)行“剪切”(而不是“擠壓”)加工，使切削過程的摩擦減至最小。��
    通常，渦輪壓縮機(jī)的零件都很復(fù)雜，其型腔很深，型腔深部和根部的圓弧半徑很小。這就迫使刀具懸伸長度較大，且刀具直徑受到限制，使刀具長徑比較大。正常立銑加工的長徑比約為4:1，而Turbocam公司常用的長徑比達(dá)到10:1或20:1。有時我們也用一些很細(xì)的刀具，其直徑為0.5mm或0.75mm。對于使用小直徑刀具進(jìn)行深型腔加工和用大長徑比刀具加工，直接與刀具的硬度有關(guān)，而進(jìn)給量用多大，切削狀態(tài)如何，則要看刀具是否有偏斜。��
    Turbocam公司使用了大量的球頭立銑刀。該公司副經(jīng)理John Bressoud說，為了加工一特殊型面，在切除余量較小時，應(yīng)使用球頭立銑刀。在加工很深的型腔時，因切削負(fù)荷較大，則應(yīng)使用平頭立銑刀或帶有圓角半徑為0.5mm的平頭立銑刀進(jìn)行精加工。對于球頭立銑刀，距球頭頂端越遠(yuǎn)，其切削速度越高，直到刀具最大直徑。��
    Turbocam公司所用的整體硬質(zhì)合金立銑刀多半是專用的。鑲可轉(zhuǎn)位刀片的立銑刀則不太適合Turbocam五軸加工機(jī)床對小直徑刀具的要求。在Turbocam五軸加工機(jī)床上進(jìn)行加工時，刀具與機(jī)床回轉(zhuǎn)中心的同軸度是一個值得重視的問題。如在宇航工業(yè)中，設(shè)計者要求導(dǎo)向尖有0.076mm的成形誤差，但刀片的徑向跳動過大，達(dá)到0.05mm，已占去2/3的公差帶，顯然不能滿足要求。��
    所以,應(yīng)該掌握優(yōu)化工具與工件和機(jī)床運動的相互關(guān)系。在五軸銑削加工中，理想的方位是刀具移動的方向正交于刀具軸線。Mikron Bostmatic公司的Turbocam五軸加工中心能加工很復(fù)雜的型面輪廓。Turbocam failors是精加工用的加工程序。如果有一個精度足夠高的平面(比32微英寸還好)，再采用一些精密技術(shù)，就可加工出形狀誤差比±0.0025mm還小的葉片。當(dāng)然這要根據(jù)零件的大小來決定。��
    Tech Development公司也是一家制造渦輪機(jī)的廠商，專門從事設(shè)計、試驗和制造渦輪機(jī)的相關(guān)零件，并能生產(chǎn)磁力軸承等其它產(chǎn)品。該公司應(yīng)用五軸加工技術(shù)加工復(fù)雜型面，除了用Bostomatic五軸機(jī)床外，還有Parpas公司生產(chǎn)的大型五軸加工機(jī)床。五軸加工技術(shù)能使用戶在加工復(fù)雜零件時，避免刀具上零速度點參與“切削”，機(jī)床能定向刀具，不用球頭立銑刀的中心進(jìn)行切削。在加工中，可采用先進(jìn)的切削方法，如螺旋切入工件，它比直接切入要容易。值得指出的是，能在三軸機(jī)床上加工的零件，就沒有必要在五軸加工機(jī)床上去加工。Tech Development公司基本是用整體硬質(zhì)合金、氮鋁鈦涂層球頭立銑刀和帶圓角的立銑刀來加工渦輪機(jī)零部件，當(dāng)加工余量較大時，則在有足夠動力的三軸機(jī)床上用高速鋼立銑刀進(jìn)行加工，該立銑刀具有很小的回彈力，切削的速度不是很快，但可用較大的切深，加工效果很好。
    選擇合適的工具夾緊方式也很重要。在一些要求精度高的場合，可選用熱裝工具柄。以前加工渦輪壓縮機(jī)零部件是采用錐度球頭立銑刀，因刀具費用較貴，而且制造公差不符合實際要求，現(xiàn)選用熱裝卡頭裝卡直徑為3mm、4mm的球頭立銑刀。這種熱裝卡頭運轉(zhuǎn)時同軸度好，刀具與卡頭有360°接觸。加工出的工件表面光潔度很高。熱裝卡頭外廓可適當(dāng)加以修切，以消除有進(jìn)卡頭與工件的干涉。
    Stellex公司專門生產(chǎn)渦輪機(jī)硬件(葉輪和定子)。該公司商務(wù)部副經(jīng)理Doug Verill說，渦輪壓縮機(jī)的各類零部件材料各異，從6061鋁(一種Al、Mg、Si合金)到Waspaloy(相當(dāng)于高溫合金GH738)，Hastelloy(相當(dāng)于高溫合金GH22)，Haynes188(屬Co、Cr、W系高溫合金)，甚至陶瓷材料。因此，對于研發(fā)新產(chǎn)品在預(yù)先考慮選擇刀具時，生產(chǎn)率固然重要，便更應(yīng)注重質(zhì)量，在加工關(guān)鍵零件時，寧可多花一些時間，以求刀具在使用中取得更長的壽命和更好的使用效果。在加工渦輪壓縮機(jī)各類零件時，該公司總是用標(biāo)準(zhǔn)涂層硬質(zhì)合金刀具，而且不采用太高的切削速度。對于形狀復(fù)雜的零件，90%以上都是使用球頭立銑刀，為保證刀具具有足夠的強(qiáng)度，刀具溝槽應(yīng)盡量短一些。在加工國外特殊工件材料時，要保證正常的切削而避免摩擦，也可將工件淬硬，在沒有任何振動沖擊的情況下，采用高速和小切深的加工方法。��
    對于加工有些合金時產(chǎn)生大量的切削熱，則應(yīng)考慮選用適當(dāng)、有效的冷卻方式：一些冷卻液可冷卻刀具和減少磨損，而不能免除摩擦；另一些冷卻液可使摩擦最小化，但不能延長刀具壽命。��
    關(guān)于如何選擇立銑刀，美國Kennametal公司市場部經(jīng)理Steve Abrams認(rèn)為，在渦輪機(jī)零件生產(chǎn)廠銑刀的選擇和應(yīng)用情況是，不同廠家加工同樣的材料，所采用的刀具可能會有很大的差別。如一個廠家使用現(xiàn)代化裝備，可能選擇生產(chǎn)效率高的刀具，而一些老企業(yè)(使用傳統(tǒng)的齒輪傳動機(jī)床的工廠)，可能會要求韌性較好的刀具。此外還要看所選的刀具是否能在市場上買到。��
    通常，像宇航工業(yè)用的鈦合金，則要求刀具有較大的螺旋角和較大的前角，這可使刀具在加工時，刀具和工件間的摩擦降至最小。
    美國Kennametal IPG′s Hanita生產(chǎn)了一系列的用于粗、精加工高溫合金、不銹鋼和淬硬鋼的立銑刀，可有效減少加工時間。這種稱為VariMill的立銑刀綜合了拋物面槽形、不等分刀齒、帶有可控后角(已有專利)設(shè)計的幾個點，避免了由于高速加工震顫導(dǎo)致的共振
    Dura銑刀公司副總裁Scatt Walrath認(rèn)為，當(dāng)加工國外材料時，每種場合所用的切削參數(shù)都不相同。為幫助使用者選擇合理的參數(shù)，該公司提供了一個刀具用戶指南。該指南指導(dǎo)使用者通過五個步驟來定義所加工的材料。選擇刀具、確定徑向和軸向切深，然后最終推薦開始時應(yīng)選取的切削速度與進(jìn)給量。這些結(jié)果說明，不同的合金材料在加工時有不同的特性。如當(dāng)用直徑為3/8英寸TiAlN涂層硬質(zhì)合金立銑刀加工Inconel718(硬度＞32HRC)材料時，徑向、軸向切深推薦采用3mm，“指南”推薦進(jìn)給量為2ipr，表面速度為60sfm。另一方面，當(dāng)加工Inconel600/625(硬度＜32HRC)材料時，在同樣進(jìn)給量和切削深度的情況下，所推薦的切削速度比加工那些更硬的合金高50%。如果加工了幾個工件后，未見刀具磨損，加工時沒有產(chǎn)生噪音，說明銑刀工作良好，則還可將其切削速度調(diào)高20%，目的是為了得到最佳的刀具壽命，提高經(jīng)濟(jì)效益。