加工“洋葱形”轮廓，速度快，精度高
2016-6-23 来源：瓦尔特 作者：-
瓦尔特全新超强系列产品，加工汽轮机零件，生产效率翻番
现代燃气轮机零件的加工是人们遇到的一大难题，因为人们往往会遇到加工难切削材料（例如钛合金和超合金）和加工成异形（例如洋葱形叶根和轮槽）。这种问题非常复杂，因为加工零件的周转时间必须尽可能短，而且工艺过程必须非常精确。瓦尔特专门从事精密刀具的生产，研制出的加工方案和优化刀具为该领域制定了新标准。
现代燃气轮机压气机段前部通常采用洋葱形轮槽，将叶片固定在轴上。根据燃气轮机轴的设计，可使用大量不同的经济省时的加工工艺（例如拉削）。为了解决这些问题，瓦尔特的专家们已经研制出了一种使用仿形铣刀的加工工艺。这种仿形铣刀首次亮相2015年夏季“斯特拉格技术日”展会赢得了“满堂彩”，受到行业巨头的一致好评。
新工艺过程成功的一个关键因素是它使用的创新技术，这种技术包括用于粗加工外形轮廓的银虎涂层以及使用可转位刀片的高精密仿形铣刀，使用这种仿形铣刀加工，尺寸精度可达20微米。
铣削洋葱形轮槽 - 高效经济的替代选择
瓦尔特在2015年“斯特拉格技术日”展会上接受了挑战，开始铣削洋葱形轮槽。示范时，使用了四把仿形铣刀和三把标准的可转位刀片式铣刀。新加工工艺的一个优势是使用了可转位刀片，使用可转位刀片后，无需后续的磨削阶段（在使用拉削刀具时，需要磨削），也无需任何与磨削有关的额外工作。
在粗加工尺寸为100毫米×100毫米（长×宽）的42CrMo4材料时，刀具加工能力可达500 cm³/min，进给率为2500 mm/min。标准刀具包括M4132台肩铣刀和M4002大进刀量铣刀。即使是干切，M4002在深插铣时也具有较高的排屑效率。
使用瓦尔特非标刀体和标准可转位刀片的三种工序如下:完成的成形面尺寸公差为0.03毫米。如果切削速度为260 m/min，每齿进给量为0.18毫米，则可转位刀片的铣刀可到达的表面光洁度为Ra ＝ 0.35微米，比规定值Ra ＝ 1.6微米要低得多。如果精加工工序采用整体硬质合金铣刀，还可达到更加光滑的表面质量。
这种加工方案是成功的:单个轮槽的全部加工时间不到11分钟，包括所有的换刀时间。这充分证明了，选用合适的刀具和技术，在加工洋葱形轮槽时，铣削是拉削的一种理想替代方案。此外，仿形铣刀的加工速度几乎比拉削刀具快一倍，即生产效率提高约100％。
叶根加工生产效率高
轮槽采用的这种仿形铣刀进行加工的方式，同样还适用于洋葱型叶根的加工，这种加工在Rorschacherberg“斯特拉格日”展会上已经展出。其面临的挑战是，只使用三把仿形铣刀和三次切削，便完成一块洋葱型叶根轮廓的加工。在铣削示范时，使用了三把瓦尔特制造的非标刀具铣削洋葱形外形轮廓，其中两把用于粗加工，一把用于精加工。用于粗加工的两把仿形铣刀采用银虎涂层可转位刀片:第一把铣刀使用了具有四个有效切削刃口的标准切向可转位刀片，用于加工洋葱形的顶部。第二把粗加工刀具使用了具有三个有效切削刃的切向可转位刀片，用于加工外形轮廓的底部。两种仿形铣刀的金属去除率为500 cm3/min。
瓦尔特专家还采用了专门用于外形轮廓精加工的最新技术，使用了定位精度为5微米的刀片座和高精度的非标可转位刀片。精加工的加工余量仅有0.3毫米，所使用的所有刀具全部采用内冷，这是切削速度达310 m/min的高效性能加工的一个明显优势。最初效果很好，精加工面很容易达到规定的20微米的尺寸精度。
为了进行有效的对比，我们同样演示了采用标准刀具进行分层仿形铣削的替代加工策略。粗加工采用多轴进行仿形铣削，预留给精加工最大加工余量为0.5毫米。此次加工使用了最新涂层技术和具有四个有效切削刃口的标准圆形刀片铣刀。外形轮廓的粗加工分成大量单个小工步，直到接近其最终形状为止。半精加工和精加工工序使用了圆锥形球头铣刀，采用的是分层仿形铣削或侧铣的加工方式。为了承受汽轮机旋转时产生的离心力，洋葱形叶根轮廓上的肩部必须满足表面光洁度和尺寸精度方面的严格要求。该部位使用圆锥形球头刀的侧刃加工成形，而叶根的其他外形轮廓部分则使用分层仿形铣削的加工工艺精加工完成。
图宾根应用工程师的发现汇总如下:采用标准刀具的分层仿形铣削是一种经济可行的解决方案，但是需要多轴铣床。对于大型生产加工，仿形铣刀在生产效率方面独具优势，加工时间可缩短50％左右。
图片1:洋葱形轮槽的压气机轮盘
图文说明:燃气轮机压气机轮盘的洋葱形轮槽，通常使用昂贵的拉削刀具加工，但现在可选用铣刀加工了。 图片:瓦尔特
图片2:洋葱形轮槽的铣削刀具
图文说明:共有三把标准铣刀和四把非标仿形铣刀、用于燃气轮机转子压气机轮盘的洋葱形轮槽加工的刀具组件。 图片:瓦尔特
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