伊斯卡刀具在航空工业中的应用

    在航空工业中，对轻质飞机及更佳燃油效能的喷气发动机的持续追求，带来了新材料的变革，如镍基合金、钛合金、复合高强度铝合金、复合材料等。轻而坚固的飞机材料不易加工，但它们却因其固有特性成为了航空工业领域的理想材料。切削刀具制造商则需持续开发适用于此领域的先进刀具，以实现高生产率。
　　星罗棋布的航空切削工具
　　伊斯卡的技术平台对每个国家和地区都是一视同仁的。在国际上推出的技术和产品，也同步推广到中国。
　　（1）针对各种不同要求的加工，伊斯卡开发了强力刀柄、高速动平衡刀柄和热缩刀柄等，保证刀柄在30 000r/min的高转速情况下平衡精度达到G2.5的非常高的平衡标准。通过高精度、高可靠性的刀柄保证刀具在高速切削时的平稳状态。
　　（2）针对目前铣削加工中机床刚性好以及客户对金属去除率的要求不断提高的问题，伊斯卡开发出了高速大进给刀具FEEDMILL和UPFEED系列，这种刀具的金属去除率一般可以达到普通刀具的3～5倍。我们还可以根据客户零件的结构特点和材料状态等选择适合的刀具种类，满足不同客户对刀具高效切削的各种要求。
　　在整体硬质合金铣刀方面，伊斯卡针对目前客户加工效率及最终表面状态的高要求，推出了三款设计非常新颖的铣刀，分别为波形刃铣刀、CHATTER FREE铣刀和FINISHRED精加工波形刃立铣刀。波形刃铣刀适合粗加工、半精加工的高效切削，在高速切削时能充分减小振动。CHATTERFREE铣刀主要是满足高效的精加工要求，减小高效切削过程中的振动，保证高精度的表面质量。精加工波形刃立铣刀在实现粗加工的切削参数的情况下，还可以保证一般要求的精加工表面质量。目前伊斯卡已经将以上技术推广到了MULTI-MASTER（变形金刚立铣刀）系列当中，以满足客户的各种要求。
　　（3）针对客户既对刀具加工效率有较高要求，又特别注重刀具成本控制的问题，伊斯卡开发出了S845、S865系列铣刀。这种铣刀一个刀片带8个切削刃，其中的16MILL刀片带16个切削刃。刀具经过了用户的广泛检验，加工效率高，刀具成本低，适用于钢、合金钢、不锈钢、高温合金及钛合金等材料的加工。另外，需要特别说明的是这种刀具新增加了一款修光刃刀片，可以保证极好的表面粗糙度要求，加工表面粗糙度值可达到R a=0.8～0.4μm，甚至更低。
　　（4）在车削、切槽加工方面，伊斯卡一直保持着自己在航空航天领域的强大优势。种类繁多的各式标准槽刀，规格齐全的各种刀片，加上非标槽刀设计方面丰富的经验，为我们设计航空发动机复杂零件的整体刀具方案提供了强大的技术保障，使得伊斯卡在做航空发动机零件的整体方案时得心应手。我们做过的成功案例不计其数，为客户解决复杂零件的特殊型面加工作出了非常大的贡献。我们做过的很多方案堪称经典，解决了客户零件机械加工的很多难题，也间接推动了客户的技术改进和提高，客户对我们刀具方案使用效果非常满意。另外，针对航空航天领域车削、切槽方面材料的特点，伊斯卡孜孜不倦地针对新的刀具形式、材料及涂层方面，进行着大量研究及创新工作，有针对性地推出了多款新型刀具材料及涂层，并在高温合金、钛合金等难切削材料的车削、切槽加工方面，一直保持着在行业中的领先地位。
　　（5）针对大余量的粗加工车削，伊斯卡开发了一款LNMX螺旋刃大切深的立装刀片。该刀片为双面四螺旋刃设计，与常规刀片相比，该刀片可满足大切深、高进给的加工要求。该刀片前刀面高度与刀杆保持一致，确保加工过程中排屑顺畅；螺旋刃、正前角设计，确保在大切深、高进给时，切入轻快，具有低切削力、低机床负荷、高寿命和高稳定性的特点。
　　伊斯卡刀具产品质量可靠，种类繁多，分布非常广泛，能满足机械行业中各种零件的切削加工需求。特别是在重大项目实施时，更能体现出伊斯卡的优势。伊斯卡中国的分公司遍布全国的各重要工业城市，为用户提供及时快速的技术支持。
　　形态各异的航空零部件加工方案
　　在航空航天领域，零件形状特殊，型面复杂，刚性普遍较差，材料非常难加工。普遍采用三种材料：①镍基合金，使用这种材料的最典型产品是涡轮机叶片、推进器扇叶和飞机动力系统附近炙热区域的壳体零部件。②钛合金，钛是飞机在地面滑行时行驶机构和其他液压零部件的主要材料。③复合材料，通常与金属钛一起用于结构件的制造，如飞机的垂直尾翼、支撑杆和减速板。
　　有效地切削上述三种材料的关键在于刀具。加工这些材料，需要刀具有合理的几何角度，满足切削当中的抗力要求，减小零件变形，在高速切削过程当中要保持很长的使用寿命。
　　（1）框架零件的加工 ①金属去除余量大，壁薄的类型。建议采用小切深大进给的铣刀，分层铣削。伊斯卡推荐采用飞碟铣刀进行加工，如FFWO单面三角飞碟刀片系列，H600 双面飞碟铣刀系列，在钛合金件的加工中，均表现出色。②金属去除余量大，壁厚的类型，以及框架外型的粗铣，还可采用T490玉米铣刀。切深大，效率高，刀具寿命长。
　　（2）发动机盘形件的加工 发动机盘形件诸如：后轴、转子盘、整流罩等，涉及到大量的槽加工。伊斯卡依据其在槽刀方面多年的经验沉淀，提供可靠的标准槽刀及非标槽刀，应对各式槽加工。并因解决方案出色、应用可靠，在航空工业享有盛誉。世界知名的几大航空制造商，均采用了伊斯卡的CUT-GRIP 霸王刀，用于切槽、切断加工。
　　（3）复合材料的加工 这种碳纤维增强的塑料材料通常与金属钛一起用于结构件的制造，如飞机的垂直尾翼、支撑杆和减速板。其非均质，各向异性，由磨料组件增强其强固性的特性，使得加工非常困难，且刀具磨损严重。伊斯卡聚晶金刚石（PCD LINE）系列钻头和铣刀加工覆盖面宽，是经过实践验证的复合材料加工刀具。既有适合加工以铝合金为底层的较厚材料的钻头，也有适合加工以碳纤维增强塑料为底层的较薄材料的钻头，还提供一系列组合刀，如埋头螺钉孔组合钻头、钻铰刀、槽铣刀以及组合钻铣刀。
　　优化的加工工艺
　　关于航空零部件加工工艺的方案和优化问题，有如下几点建议。
　　（1）在高温合金的粗铣加工中，当进行全槽铣时，接触长度，为铣刀周长的一半。铣刀直径越大，每铣刀片参与切削的接触长度就越大，铣刀片磨损就更严重。在选取了直径小于所需全槽宽的铣刀后，建议采用摆线铣加工方式。在降低切削热的同时，还保障了铣刀片寿命更长。
　　（2）尽量采用带内冷却通孔的铣刀。伊斯卡的束魔系列铣刀，每一刀片，均设计有直喷切削区域的内冷却通孔。有利于被加工表面质量及刀具寿命的提高。
　　（3）在采用玉米铣刀用于方肩铣时，建议采用大切深、小切宽，以减少切削热的产生。
　　（4）在航空工业工件的精铣加工中，经常会因整体硬质合金立铣刀加工的长径比大，且工件夹持状况不佳，加工中出现振颤，影响加工质量。伊斯卡适时推出CHATTERFREE防振降噪立铣刀，不等齿距，有效减振，并能降低20%～30%的切削力。为提升CHTTERFREE防振降噪立铣刀防振效果，伊斯卡推出了其升级版，除了继续保留不等齿距的特点，还增设了不等螺旋角。伊斯卡中国已推广此类铣刀至大型航空工业企业。
　　典型案例分析
　　（1）国内一客户，首次面对Ti40阻燃钛合金机匣类零件的加工。该材料钒的含量很高，典型特点是弹性模量非常大，加工难度非常大，工序为面铣。
　　伊斯卡提供的刀具及实际切削参数如下：面铣刀：FTP D040-4-16-R-LN10；铣刀片：FTPLNHT 1006 ETR IC830；切削速度vc=20m/min；每齿进给量f z=0.35mm/z ；切削深度ap=1mm。
　　刀片磨损形式为后刀面磨损，每更换一次切削刃加工时间大约为40min（每刀片带4个切削刃），可完成3次走刀。客户用其他刀具公司刀具试切的情况为大致为线速度不变，每齿进给量f z=0.1～0.12mm/z ，ap= 1mm，每次更换切削刃后只能完成两次走刀（每刀片带两个切削刃），加工时间与伊斯卡FTP刀片接近。实际效果是，伊斯卡刀具的加工效率是竞争对手的3倍，刀具寿命为竞争对手的1.5倍，实际切削效果明显优于竞争对手，同时经济性也更高。
　　（2）客户加工的一个外贸转包零件，材料为AMS 5612奥氏体不锈钢，面铣，尺寸精度要求较严，要求铣削后表面粗糙度值达到R a=0.8μm。 当时采用的一款刀具（国际知名品牌，螺旋刃铣刀，每刀片两个切削刃），需要分两次走刀完成总共ap=0.5mm余量的切深，切削速度v c= 80m/min，每齿进给量f z=0.03～0.05mm/z 。加工质量也不稳定，表面粗糙度时好时坏，对零件交付有较大影响。根据客户的实际情况，伊斯卡推荐了S845铣刀。
　　面铣刀：SOF45 8/16-D080-07-27R；铣刀片：S845 SNMU 1305ANR-MM IC808；修光刀片：S845SNHU 1305AN-N-W IC808。其切削参数如下：切削速度v c=80 m/min；每齿进给量f z=0.2mm/z ；切削深度ap= 0.5mm。
　　由于增加了1片修光刃刀片，使加工质量大幅度提高，且仅需1次走刀便完成了0.5mm的加工余量，加工效率提高了4～5倍，且加工表面粗糙度值达R a=0.3～0.4μm，高于客户的要求，留有一定安全裕度。目前此刀具在客户现场使用情况与试刀效果一致，加工质量非常稳定。同时由于这款刀具每个刀片带8个切削刃，使客户的用刀成本也大幅度降低。影响客户零件交付的瓶颈问题得到圆满解决。客户对此刀具使用效果非常满意。
　　结语
　　作为以色列的本土企业，伊斯卡基于航空工业和军事工业成长。在航空产业的优势让各大航空制造商成为我们忠实的客户。除了经典的产品，伊斯卡在总部以色列特芬的技术团队，仍紧跟航空制造产业的发展，不断进行着有针对性的研发，并随时为客户提供更有竞争力的产品。
　　同时，伊斯卡中国的航空产业团队也致力于更快捷地服务于本地客户，及时将公司最新的产品带给中国客户。