伊斯卡直面航空工業(yè)噴氣發(fā)動機部件制造的挑戰(zhàn)
2018-7-26 來源：伊斯卡 作者：Yaniv Metz, 切槽加工產品經(jīng)理
對噴氣發(fā)動機的制造材料要求必定非常嚴格。因其必須承受極端高溫及作用力，并盡可能地輕且極為可靠。
渦輪噴氣發(fā)動機可被簡單地劃分為三個部分 – 壓氣機，燃燒室和渦輪。在空氣進入燃燒室之前，壓氣機對流經(jīng)發(fā)動機的空氣加壓；在燃燒室里空氣與燃料混合，點燃并燃燒。 壓氣機部件主要由鈦合金制成，而燃燒室和渦輪部件通常由鎳基超級合金制成，例如Inconel 718。
一．鎳基合金
鎳基高溫合金具有卓越的物理性能，這一特性使其成為制造航空零部件的理想材料。鎳基高溫合金適用領域寬，溫度譜范圍廣。該材料具有高屈服強度，高極限抗拉強度，高抗疲勞強度，在高溫下保持耐腐蝕耐氧化性的特性。
鎳基高溫合金，Ni含量35-75%，Cr含量15-22%；滿足了飛機發(fā)動機生產制造總材料需求的30%；還被用作航天飛機主發(fā)動機不同零部件的結構材料。用于制造燃氣輪機旋轉部件，包括盤類、葉片類、殼體部件（如渦輪機機殼）、發(fā)動機支架、火箭發(fā)動機部件及泵，占航空航天工業(yè)消耗鎳基高溫合金總量的80%。
鎳基合金憑借其性能為噴氣發(fā)動機零部件材料提供了出彩的選擇，然而同時也給加工帶來了巨大的困難。因加工鎳基合金過程中產生高剪切應力且熱傳導系數(shù)低，使得切削區(qū)域的切削力及切削溫度非常高。加上鎳基高溫合金與刀具材料的物理化學反應，引起切屑刮擦及粘焊于工件表面，導致刀具過度磨損，這使得切削速度受限，刀具壽命降低。以上這些特性不僅拉低了材料去除率，縮短了刀具壽命，還使得加工成本大幅上升。
二．鈦基合金
對先進的航空航天系統(tǒng)而言，鈦合金具有高強度重量比，出色的耐腐蝕性，鈦合金部件使用起來非常趁手。鈦基合金Ti含量86-99.5%，Al含量5-8%，幾乎不受暴露在航空航天環(huán)境下的影響。大量的鈦合金材料被用于噴氣發(fā)動機，鈦合金部件占噴氣發(fā)動機重量的25-30%，主要用于壓氣機。發(fā)動機的高效運行離不開鈦合金部件，如風扇葉片、壓氣機葉片、轉子、盤類零件、輪轂和其它非轉子部件（例如進氣引導葉扇）。
鈦合金性能優(yōu)異、輕質，不僅令航空工程師們得以設計出飛得更高更快的飛機；還使得飛機對極端環(huán)境耐受性高。然而，鈦本具的物理性能、化學性能及機械加工性能使其一直以來都被視為難加工材料。
鈦材料具有相對耐高溫性、低熱傳導性，使得產生的切削熱不易從刀具切削區(qū)域散導出去，引起刀具過度變形，過度磨損。在高溫下，鈦合金依然能保持其強度，加工的結果是切削刀具出現(xiàn)相對高的塑性變形，產生深的溝槽磨損。在加工過程中，因鈦合金的高度化學反應，導致切屑冷焊于切削刀具上，產生積屑瘤，進而引起斷屑問題。
在過去的數(shù)年間，伊斯卡在研發(fā)方面投入大量的資源以打破以上這些加工困境，優(yōu)化鎳基高溫合金及鈦基高溫合金的加工。其解決方案包括專業(yè)推出專用牌號；推進高壓冷卻技術落地到切削刀具以解決切削熱散熱問題。
三．伊斯卡牌號
為實現(xiàn)高金屬去除率，伊斯卡研發(fā)了以下能實現(xiàn)以200 – 400m/min的切削速度加工鎳基合金的陶瓷牌號：
IW7 – 晶須陶瓷牌號，兼具高硬度及高韌性，能以比硬質合金牌號快 8-10 倍的切削速度進行粗加工及半精加工；
IS25 – 強固的賽阿龍（SiAlON）合成牌號，在鎳基高溫合金的連續(xù)切削及輕微斷續(xù)切削加工中表現(xiàn)優(yōu)異；
IS35 - 強固的賽阿龍（SiAlON）合成牌號，在鎳基高溫合金的輕微斷續(xù)切削及重型斷續(xù)切削加工中表現(xiàn)出色。
以下合金牌號用于有針對性地開發(fā)加工鎳基合金及鈦合金的刀具：
IC806 – 高強度超細晶粒基體，TiAlN (PVD) 涂層。包括特殊的涂層后處理技術在內的特別的涂層工序，使得涂層更薄更光滑，賦予刀片更出色的鎳基合金及鈦合金加工特性；
IC804 – 在硬度更高的基體上采用同樣的TiAlN (PVD) 涂層，特別設計用于加工最新的硬度高達HRC40-47的噴氣發(fā)動機鎳基合金部件；
IC20 – 非涂層合金牌號，特別推薦用于鋁合金及鈦合金的加工。IC20主要用于連續(xù)切削加工，表現(xiàn)出色。
四．高壓冷卻刀具
在金屬去除領域，高壓冷卻已存在相當長的時間。今天，尤其是在設定諸如鈦合金及鎳基合金這類難加工材料的加工工藝時，高壓冷卻刀具因能顯著提高生產率及切屑控制，所以扮演著越來越重要的角色。借助于高壓冷卻是使得冷卻射流精準直達切削區(qū)域沖刷出切屑的關鍵。
伊斯卡是最早對市場需求做出回饋的切削刀具制造商之一，通過研發(fā)、生產制造切削刀具以合理地將高壓冷卻用于降低切削溫度，調整切屑流，提供包括JETCUT在內的定制高壓冷卻刀具。
航空部件OEM/PMA部門不僅需要持續(xù)面對成本降低的壓力，同時還得保證所制造部件的品質和壽命。而這對所有相關人員而言都是一個巨大的挑戰(zhàn)。伊斯卡改進型切削刀具在使得噴氣發(fā)動機制造商們自如地采用理想的材料生產制造高品質零部件的同時，還將損耗降到最低，效率最大化。
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