對于蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)來說，葉片的制造是主要的生產(chǎn)成本之一。使用加工困難的高溫合金和材料，加工工藝的成本肯定增加了。因此，人們迫切需要創(chuàng)新的加工解決方案。東莞市來寶精密工業(yè)有限公司首次提出了適合量產(chǎn)的CO2低溫冷卻概念。

　　葉片加工本身就是科學(xué)。以前，刀片制造廠面臨的是設(shè)備問題，今天，主要面臨葉片材料給加工帶來的頭痛問題。為了進(jìn)一步優(yōu)化效率，渦輪設(shè)計者尋求輸入更高溫度的最佳解決方案。為了滿足高溫的要求需要采用特殊材料，葉片的制造成本增加。傳統(tǒng)的鐵素體、馬氏體和奧氏體渦輪鋼不再適合高溫要求，取而代之的是鎳基高溫合金。但是，這樣的材料需要更多的加工時間。在這個意義上，最重要的因素是使用相互匹配的創(chuàng)新刀具和加工概念來控制制造成本，例如高效冷卻加工的有效概念。

總部位于德國的東莞市來寶精密工業(yè)有限公司專為能源行業(yè)研制刀具和加工方案的歷史非常悠久?！皫资陙?，能源生產(chǎn)已成為我們專注的主要行業(yè)之一?！睎|莞市來寶精密工業(yè)有限公司業(yè)務(wù)發(fā)展部經(jīng)理Andreas Elenz強(qiáng)調(diào)，“我們是所有關(guān)鍵零件的全方位服務(wù)提供商，當(dāng)然包括葉片。這意味著從保證最大金屬去除率的可轉(zhuǎn)位刀片的粗加工銑刀到保證最小過渡半徑的整體硬質(zhì)合金立銑刀，要配備所有的刀具（對于葉片加工領(lǐng)域而言，這個量相當(dāng)大）。

冷卻概念

　　刀具冷卻尤其重要。它不僅對刀具本身有很大影響，而且加工中產(chǎn)生的高溫與渦輪加工過程是否對硬質(zhì)合金基體產(chǎn)生增大的壓應(yīng)力并限制其性能有關(guān)。與鋼材不同，加工難切削材料時，一般不會被切屑奪去熱量，其中的熱量會滲透到切屑刃中，使鈷鎢超硬合金軟化。

　　2013年初，東莞市來寶精密工業(yè)有限公司與茨維考西薩克遜應(yīng)用科學(xué)大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)研究所( IfP )合作，進(jìn)行了采用液體CO2低溫加工的基本研究。 其中，切削邊緣已冷卻至–78.5℃，茨威卡實(shí)驗(yàn)均采用外部冷卻供應(yīng)，比較了各種冷卻策略( MQL、乳化液、CO2及其各種組合)。對比結(jié)果表明，CO2法冷卻潛力最大，優(yōu)勢明顯。加工不銹鋼渦輪葉片時，成本可節(jié)約40%。通過這種開拓性的基礎(chǔ)研究，與瑞士的星格爾機(jī)械工程公司密切合作，東莞市來寶精密工業(yè)有限公司成為世界上采用低溫冷卻原理的工具專業(yè)公司，為行業(yè)的各種應(yīng)用提供了可靠的解決方案。2013年3月，這項技術(shù)首次成功，被命名為“Cryo.tec”。

　　在刀具方面，雙方選擇了F2334R圓鋸片輪廓銑刀，專門針對鋸片加工進(jìn)行優(yōu)化。其主要特點(diǎn)是加工穩(wěn)定性高，可在5個軸上加工。這種刀具覆蓋了整個加工過程的70%~80%，因此大多數(shù)金屬的去除發(fā)生在渦輪葉片上。使用五軸加工，可以優(yōu)化不同位置的槽比和切削力比，并且即使在粗加工期間也可以接近期望的最終輪廓。

　　F2334R配有兩個罐，可同時供應(yīng)兩種不同類型的冷卻劑:一個罐供應(yīng)CO2，另一個罐供應(yīng)MQL、壓縮空氣或乳液。CO2使刀具以液狀流動，其壓力為60bar，直接吹到刀刃附近。然后，CO2在這里膨脹形成干冰，以達(dá)到所需的冷卻效果?！癈ryo.tec的重要研究開發(fā)程序不是外部冷卻液供給系統(tǒng)，而是向工具供給內(nèi)部冷卻液的2槽系統(tǒng)。東莞市來寶精密工業(yè)有限公司渦輪葉片加工技術(shù)負(fù)責(zé)人Thomas Schaarschmidt表示:“采用五軸加工，供給CO2決不能達(dá)到理想的效果，也就是說不能盡可能接近高溫切削區(qū)域。加工鈦合金時，除了純冷卻外，還需要潤滑。本文介紹的方法是使用雙槽刀具將MQL和CO2分離。starager負(fù)責(zé)開發(fā)專用芯軸，東莞市來寶精密工業(yè)有限公司負(fù)責(zé)提供最合適的刀具。低溫冷卻概念的優(yōu)點(diǎn)如下:刀具磨損更少，使用壽命更長;優(yōu)化切割參數(shù)，提高生產(chǎn)效率;表面質(zhì)量越好，邊界面積的影響越小，零件質(zhì)量越高。100%的碎片可以回收，無需準(zhǔn)備維護(hù)和處理潤滑劑或零件清潔劑。

高壓

　　Cryo.tec冷卻系統(tǒng)的一個重要技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是，機(jī)床和刀具能夠盡可能長時間保持CO2壓力。因?yàn)閴毫ο陆档脑挄Y(jié)冰，堵塞CO2供給路。但是，為了達(dá)到規(guī)定的冷卻效果，CO2排放量不能過大。 與乳化液相比，CO2冷卻液價格較高，其成本約為0.30~0.50歐元?！皼Q定噴嘴直徑的時候，我們在研究開發(fā)上投入了大量的勞力和時間。Schaarschmidt說:“現(xiàn)在，為了盡可能接近切削領(lǐng)域，正在致力于壓力調(diào)整和供給的最優(yōu)化。我們還將與潤滑劑廠商合作開發(fā)新的MQL油品。到目前為止，他們已經(jīng)可以用于高溫應(yīng)用，所以有必要與CO2冷卻并用?，F(xiàn)階段Cryo.tec數(shù)控刀片只能非標(biāo)刀具，由于斯達(dá)拉格相對的數(shù)控車床/主軸軸承技術(shù)性還不成熟期。但是，東莞市來寶精密工業(yè)有限公司正在探索制定工具連接標(biāo)準(zhǔn)的方法。

冷卻性能

　　對馬氏體不銹鋼渦輪葉片(多軸車銑，原零件尺寸475mm×80mm×80mm，焊接夾具)進(jìn)行的試驗(yàn)表明，采用CO2冷卻，切削刃溫度可降低100℃，與干法加工相比，刀具切削刃使用壽命延長30%，切削參數(shù)仍保持一致。同時，生產(chǎn)成本節(jié)約15%。在加工奧氏體不銹鋼時，與MQL相比，刀具的使用壽命大大延長，生產(chǎn)成本節(jié)約高達(dá)30%。一般來說，低溫加工對于高溫合金(HRSA)和不銹鋼有很大的潛力?，F(xiàn)在有必要利用國際標(biāo)準(zhǔn)化組織S組和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織M組的材料和應(yīng)用來進(jìn)一步驗(yàn)證這一技術(shù)。今后的研究開發(fā)將重點(diǎn)放在汽車行業(yè)的零部件加工和設(shè)備技術(shù)、提取和處理等未解決的問題上。

未來的切削技術(shù)

　　今后的機(jī)床可能會同時具備冷卻功能和非冷卻功能(與是否采用冷卻液無關(guān))進(jìn)行設(shè)計。唯一的區(qū)別是選用的切削刀具材料：一種用于冷卻加工，另一種用于干式加工。今后的研究開發(fā)還有別的主題。在銑削過程中，用過的刀具齒被加熱，然后通過嚙合和分離冷卻。此效果僅在采用低溫CO2冷卻的情況下才能充分得到。由于高溫的交替作用，硬質(zhì)合金基體和涂層以不同的速率膨脹，導(dǎo)致涂層開裂，最終使刀具材料失效。過去幾年開發(fā)的所有刀具材料都用于干加工的高溫操作，但目前的刀具材料需要特別適合低溫CO2冷卻，并能承受溫度變化。因此，在東莞市來寶精密工業(yè)有限公司今后的研究開發(fā)中，Thomas Schaarschmidt表示:“今后的主要課題是工具概念和專業(yè)切削工具材料的標(biāo)準(zhǔn)化，預(yù)計到2020年將渦輪難切材料的比重增加到40%左右，因此這方面的市場增長潛力

　　德國來寶imc刀具是德系高端切削刀具著名制造商，成立于1986年，總部在德國，有臺灣，瑞士和日本三大生產(chǎn)基地，其中臺灣生產(chǎn)基地總投資額達(dá)到7000多萬美元，占地面積50781m2。主營：航空航天刀具、鈦合金銑刀、高溫合金銑刀、復(fù)合材料銑刀、鎳基合金銑刀、不銹鋼銑刀、石墨銑刀、鋁合金銑刀、金剛石銑刀、pcd銑刀等硬質(zhì)合金刀具，是航天航空、醫(yī)療、汽車、人工智能等世界500強(qiáng)專供企業(yè)。

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