渦輪壓縮機(jī)葉片的銑削加工

發(fā)布日期:2011-11-25    蘭生客服中心    瀏覽:3116

    美國(guó)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(duì)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(zhǎng)度較大,且刀具直徑受到限制,使刀具長(zhǎng)徑比較大。正常立銑加工的長(zhǎng)徑比約為4:1,而Turbocam公司常用的長(zhǎng)徑比達(dá)到10:1或20:1。有時(shí)我們也用一些很細(xì)的刀具,其直徑為0.5mm或0.75mm。對(duì)于使用小直徑刀具進(jìn)行深型腔加工和用大長(zhǎng)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(shí),應(yīng)使用球頭立銑刀。在加工很深的型腔時(shí),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(duì)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(duì)小直徑刀具的要求。在Turbocam五軸加工機(jī)床上進(jìn)行加工時(shí),刀具與機(jī)床回轉(zhuǎn)中心的同軸度是一個(gè)值得重視的問題。如在宇航工業(yè)中,設(shè)計(jì)者要求導(dǎo)向尖有0.076mm的成形誤差,但刀片的徑向跳動(dòng)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(yùn)動(dòng)的相互關(guān)系。在五軸銑削加工中,理想的方位是刀具移動(dòng)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(gè)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(jì)、試驗(yàn)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(shí),避免刀具上零速度點(diǎn)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(shí),則在有足夠動(dòng)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(chǎng)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(fèi)用較貴,而且制造公差不符合實(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)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(duì)于研發(fā)新產(chǎn)品在預(yù)先考慮選擇刀具時(shí),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(shí),寧可多花一些時(shí)間,以求刀具在使用中取得更長(zhǎng)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(shí),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(duì)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(guó)外特殊工件材料時(shí),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(dòng)沖擊的情況下,采用高速和小切深的加工方法。
    對(duì)于加工有些合金時(shí)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(zhǎng)刀具壽命。
    關(guān)于如何選擇立銑刀,美國(guó)Kennametal公司市場(chǎng)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(huì)有很大的差別。如一個(gè)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(dòng)機(jī)床的工廠),可能會(huì)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(chǎng)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(shí),刀具和工件間的摩擦降至最小。
    美國(guó)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(shí)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(jì)的幾個(gè)點(diǎn),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(guó)外材料時(shí),每種場(chǎng)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(gè)刀具用戶指南。該指南指導(dǎo)使用者通過五個(gè)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(shí)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(shí)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(shí),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(shí),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(gè)工件后,未見刀具磨損,加工時(shí)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。


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