2019年是中國在實現航空(kōng)發動機及燃氣輪機自主研發和(hé)制(zhì)造生(shēng)産道(dào)路上(shàng)的關鍵一年，國産航空(kōng)發動機研制(zhì)和(hé)應用也有(yǒu)望迎來(lái)新的突破性進展。與之相關的新材料和(hé)新技(jì)術(shù)的日益增多(duō)和(hé)加工工藝的精益求精，使航空(kōng)航天零部件加工中對刀具的要求随之不斷提高(gāo)。
本刊針對航空(kōng)零件加工的難點問題，特向一些(xiē)著名刀具企業征集解決方案，他們分别從起落架和(hé)發動機加工專用刀具、增材制(zhì)造技(jì)術(shù)應用于航空(kōng)航天的小(xiǎo)零件加工和(hé)CFRP複合材料鑽削加工等方面，為(wèi)航空(kōng)航天零部件加工提出有(yǒu)特色的解決方案，在此，本刊整理(lǐ)出來(lái)供廣大(dà)用戶企業和(hé)刀具企業的專業人(rén)員參考和(hé)積極討(tǎo)論。
瓦爾特起落架&發動機解決方案
M3255玉米銑刀
飛機起落架材料通(tōng)常主要由高(gāo)強度合金鋼或钛合金組成，尤其是钛合金材料的起落架部件，面臨着加工效率低(dī)、刀具壽命低(dī)等挑戰。
Walter最新的M3255玉米銑刀為(wèi)全齒型結構，刀片切向分布，具有(yǒu)優化的排屑槽以及精密的高(gāo)壓內(nèi)冷孔設計(jì)，配備Walter專門(mén)加工钛合金的WSM45X刀片材質，即便在惡劣的加工條件下也能實現最高(gāo)的金屬去除率。
加工零件：防扭臂；材料：Ti5553；刀體(tǐ)：M3255-080-B32-05-58；刀片：XNHX130612R-L65T WSM45X/LNHX120604R-L65TWSM45X。
切削參數(shù)：切深50 mm，切寬25 mm，切削速度50 m/min，進給速度200 mm/min。
金屬去除率：250 cm³/min。
PcBN刀片
PcNB是硬度介于CBN和(hé)Ceramic（陶瓷）之間(jiān)的一種材料，而高(gāo)溫合金是航空(kōng)發動機的主要組成材料之一。在精車(chē)高(gāo)溫合金時(shí)，一般使用普通(tōng)的塗層硬質合金刀片，其線速度在40-75m/min之間(jiān)，表面光潔度在Ra0.8µm左右。但(dàn)若采用Walter最新研發的PcBN刀片技(jì)術(shù)，則推薦線速度＞200m/min。加工效率可(kě)以提高(gāo)5倍，表面光潔度也可(kě)達Ra0.4µm左右。
加工零件：軸類；材料：Inconel718 DA；工序：精車(chē)外圓；冷卻：20 bar ，內(nèi)冷；刀體(tǐ)：G1011.2525L-6T21GX24；刀片：GX24-4E600N30-EM WBS10。
切削參數(shù)：切深0.25 mm，切削速度250 m/min，進給速度0.1 mm/r。
刀具壽命：10 min。
憑借在航空(kōng)航天領域的優勢技(jì)術(shù)能力（Engineering Kompetenz）和(hé)強大(dà)的産品實力以及卓越的工藝水(shuǐ)平，瓦爾特（Walter）一站(zhàn)式地為(wèi)客戶提供更為(wèi)全面的加工解決方案。
伊斯卡增材制(zhì)造技(jì)術(shù)應用
航空(kōng)航天業的部分小(xiǎo)型零件、配件及硬件非常适合采用3D打印制(zhì)造。但(dàn)為(wèi)安全起見（也可(kě)以理(lǐ)解為(wèi)航空(kōng)航天業對安全性的要求非常高(gāo)），采用AM增材制(zhì)造生(shēng)産的關鍵部件還(hái)需要通(tōng)過各種嚴格的測評後才能用于取代依賴傳統加工方法所制(zhì)造出的零部件。
人(rén)們通(tōng)常将AM增材制(zhì)造用于制(zhì)造各種各樣的固定裝置、夾具和(hé)量具。飛機生(shēng)産涉及了整條複雜的生(shēng)産制(zhì)造鏈，需要大(dà)量的夾具，從這方面來(lái)看，在生(shēng)産中引入AM增材制(zhì)造可(kě)以從根本上(shàng)減少(shǎo)生(shēng)産準備時(shí)間(jiān)和(hé)成本。
極大(dà)減小(xiǎo)的尺寸以及不那(nà)麽嚴苛的安全标準為(wèi)AM增材制(zhì)造應用于無人(rén)機（UAV）領域的制(zhì)造開(kāi)啓了大(dà)門(mén)。這種新方法不僅可(kě)以減輕重量，還(hái)能以更低(dī)的成本并更有(yǒu)效地從空(kōng)氣動力學角度來(lái)塑形無人(rén)機。另外，為(wèi)節省成本，在典型加工過程中，飛機制(zhì)造商們也正在緻力于使用钛粉來(lái)生(shēng)産相對小(xiǎo)型的钛基合金零件。
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伊斯卡的研發部門(mén)已引進了AM增材制(zhì)造這一全新的技(jì)術(shù)，目前還(hái)有(yǒu)限地應用于原型制(zhì)造及小(xiǎo)批量生(shēng)産。當用于生(shēng)産切削刀具時(shí)，3D打印也可(kě)以提供多(duō)種情況下的解決方案，如通(tōng)過AM增材制(zhì)造能實現在刀體(tǐ)內(nèi)創建複雜的內(nèi)部通(tōng)道(dào)和(hé)腔體(tǐ)，可(kě)以使冷卻液經刀體(tǐ)內(nèi)流道(dào)直達刀具切削區(qū)域從而實現冷卻。
在設計(jì)高(gāo)壓冷卻刀具(HPC)時(shí)，刀體(tǐ)內(nèi)部冷卻通(tōng)道(dào)及其橫截面形狀是關鍵。增材制(zhì)造為(wèi)內(nèi)部通(tōng)道(dào)的“成型”提供了理(lǐ)想的解決方案。此外，AM增材制(zhì)造技(jì)術(shù)還(hái)能制(zhì)造具有(yǒu)排屑槽、複雜表面形狀、背錐和(hé)清根等特征的刀體(tǐ)。AM增材制(zhì)造在這些(xiē)領域中的應用可(kě)以減少(shǎo)生(shēng)産工步和(hé)縮短(duǎn)加工周期。此外，AM增材制(zhì)造還(hái)能确保在成形過程中兼顧刀體(tǐ)強度和(hé)排屑槽空(kōng)間(jiān)之間(jiān)的完美平衡。
當AM增材制(zhì)造發展到允許采用硬質合金粉末或具有(yǒu)相似物理(lǐ)性能的材料來(lái)打印物件時(shí)，刀具制(zhì)造将抵達一個(gè)全新的起點。伊斯卡研發工程師(shī)們正在采用新的加工方法來(lái)制(zhì)造可(kě)轉位刀片，以取代早前昂貴且耗時(shí)的模具壓制(zhì)工藝，能顯著縮短(duǎn)刀體(tǐ)和(hé)刀片的從研制(zhì)到實施切削試驗的周期。
三菱CFRP複合材料加工用MC鑽頭系列
CFRP由碳纖維和(hé)樹(shù)脂制(zhì)成，其結構為(wèi)碳纖維層與熱硬化樹(shù)脂層交錯排列，重量大(dà)約僅有(yǒu)鐵(tiě)的1/4，強度卻是其10倍，具有(yǒu)耐腐蝕性、耐熱性和(hé)高(gāo)剛性等特性。但(dàn)也存在碳纖維層硬而脆、樹(shù)脂太軟易發生(shēng)彈性變形的特點。
三菱綜合材料開(kāi)發出按照用途優化了形狀和(hé)材質、共有(yǒu)7個(gè)種類的CFRP加工專用鑽頭MC系列，重點介紹MCA和(hé)MCC兩種鑽頭。
MCA鑽頭

MCA是CFRP與鋁疊層材料的專用加工鑽頭。加工疊層材料時(shí)，碳纖維和(hé)鋁這兩種切削性不同的原料要使用同一個(gè)鑽頭，但(dàn)在鑽頭穿過CFRP層切削鋁層的過程中，鋁的切屑會(huì)刮掉CFRP的部分壁面，導緻CFRP層與鋁層的孔徑出現誤差。
為(wèi)防止這一現象，三菱綜合材料在開(kāi)發MCA時(shí)對溝槽形狀進行(xíng)了全新設計(jì)。普通(tōng)鑽頭的槽寬上(shàng)下一緻，但(dàn)MCA的槽寬是從前端向根部逐漸加寬。先用細溝槽産生(shēng)細小(xiǎo)的切屑，然後将細小(xiǎo)的切屑排入後面的大(dà)溝槽以防幹擾孔壁，是專門(mén)用于疊層材料的溝槽設計(jì)。MCA同時(shí)運用了公司現有(yǒu)産品——深孔加工用MWS鑽頭以及汽車(chē)輪毂加工用MHE鑽頭的技(jì)術(shù)訣竅，在開(kāi)始開(kāi)孔時(shí)生(shēng)成細小(xiǎo)的切屑，将其包裹在窄溝槽中，然後切屑沿逐漸變寬的溝槽排出，不與孔壁發生(shēng)幹擾。MCA可(kě)以說是超長鑽頭MWS的主體(tǐ)與輪毂鑽頭MHE的前端合二為(wèi)一的新概念鑽頭。
MCC鑽頭

在汽車(chē)和(hé)風力發電(diàn)等領域大(dà)多(duō)使用CFRP單體(tǐ)，而飛機部件領域不僅使用疊層材料，也使用CFRP單體(tǐ)，MCC是專用于CFRP單體(tǐ)的鑽頭。
在CFRP單體(tǐ)上(shàng)開(kāi)孔的最大(dà)問題是抑制(zhì)出口側的“分層”。單體(tǐ)的出口側不像疊層材料那(nà)樣疊加了金屬，由于出口側開(kāi)放，所以沒有(yǒu)面來(lái)承受鑽頭穿透CFRP層瞬間(jiān)産生(shēng)的切削阻力，因此會(huì)出現出口側的CFRP表層隆起并剝離的現象。
為(wèi)防止“分層”，MCC以最大(dà)限度提高(gāo)鋒利度、幹淨利落切斷CFRP的碳纖維為(wèi)重，采用了減少(shǎo)切削阻力的形狀。一般鑽頭刃尖的前角為(wèi)負，通(tōng)過重視(shì)耐缺損性來(lái)延長壽命，但(dàn)負前角不能順利切斷堅硬的碳纖維層。MCC利用本公司刀具材料優異的耐缺損性，增大(dà)了垂直于轉軸的前角。其鋒利程度很(hěn)高(gāo)，用手直接觸碰切削刃就會(huì)割破。這樣鋒利的切削刃可(kě)以瞬間(jiān)切斷CFRP的碳纖維，不僅抑制(zhì)了出口側的“分層”，還(hái)能抑制(zhì)“未切割纖維”。而且，通(tōng)過将前端角度設為(wèi)90°，從加工開(kāi)始就減少(shǎo)了推力，也有(yǒu)助于抑制(zhì)“分層”。
塗層特點
CFRP的碳纖維具有(yǒu)優秀的機械性能，在沒有(yǒu)塗層的情況下，即便是硬質合金制(zhì)成的鑽頭，在開(kāi)始切削的瞬間(jiān)就會(huì)發生(shēng)磨損。為(wèi)了提高(gāo)耐磨損性，MCA、MCC均采用了CVD金剛石塗層。
要想最大(dà)限度提高(gāo)鑽頭前端切削刃的鋒利度，除刃尖形狀外，還(hái)必須考慮金剛石塗層晶粒的大(dà)小(xiǎo)。三菱綜合材料的新型CVD金剛石塗層晶粒非常細，對刃尖的附着性好，壽命約是以往塗層的10倍。