對蒸汽和燃氣輪機而言，葉片製造是主要生產成本之一。使用難（nán）以加工的高溫合金和材料，無疑增加（jiā）了加工工藝成（chéng）本。因此，人們迫（pò）切需要創新的加工解（jiě）決方案。瓦爾（ěr）特還是首次提出適合量產的二氧化碳（tàn）低溫冷卻概念。

　　帶葉片加工本身是一門科學。過去，葉片製造廠麵（miàn）臨（lín）的（de）是設備（bèi）問題；當（dāng）今，主要麵臨葉片材料給加工帶（dài）來的頭疼問題。為了進一步優化效率，渦輪機設計師正在尋求提高輸入更高溫（wēn）度的最佳解（jiě）決方案。因為需要采用（yòng）特殊材料才能滿（mǎn）足高溫要求，所以會增（zēng）加葉片的製造成本。傳（chuán）統的鐵素體（tǐ）、馬氏體和奧氏體渦輪機鋼材不再適合高溫要求，取而代之的是鎳基高溫（wēn）合金。但是，這類材料需要更長的加工時間。從這個意義上說，最重要的因素是采（cǎi）用相互匹（pǐ）配的創新型（xíng）刀具和加工概念來控製製造（zào）成本，例如能見實效的高性（xìng）能冷卻加（jiā）工概念。

　　總部位於圖賓根（gēn）的瓦爾特（tè）專為能源行業（yè）研製（zhì）刀具和加工方案的曆史非常悠久。“幾（jǐ）十年來，能源生產已成為我們（men）專（zhuān）注的主要行業之一（yī），”瓦爾特業（yè）務發展部經理AndreasElenz強調，我們是所有關鍵零件的全（quán）方位服務提供商，當然包括（kuò）葉片。這意味著從保證最大金屬去除率的可轉位刀片（piàn）的粗加工銑刀到保證最小過渡半徑（jìng）的整體硬質合金立銑（xǐ）刀（dāo），要配備所有的（de）刀具（對於葉片加工領域而言，這個量相當大）。

　　冷卻概（gài）念

　　刀具冷卻特別重要，它不僅對刀具本身的影響很大，加工中產生的高溫還（hái）關係到渦輪（lún）機加工過程中是否產生加大硬質合金基體壓（yā）應力和限製（zhì）其性能的發揮。與鋼材不一樣，加工難切材料時，一（yī）般不會通過切屑帶走熱量，其中熱量滲（shèn）入切屑刃，從而使鈷鎢硬質合金軟化。

　　2013年年初，瓦爾特與茨維考西（xī）撒克遜（xùn）應用科學大學生產技術研究所（IfP）攜手合作，對采用液（yè）體二氧化碳低溫加工進行基本研究，其（qí）中切削刃口已經冷卻到-78.5℃，茨維考實驗全部采用了外部冷卻供應，並對各種冷卻策略（MQL，乳化液、二氧化碳及（jí）其各種組合）進行了相（xiàng）互比較。比較結（jié）果表明，二氧化碳法具有最大的冷卻潛力，具有十分明顯的優勢（shì），在加工不鏽（xiù）鋼渦（wō）輪葉（yè）片（piàn）時（shí），成本節（jiē）省高（gāo）達40％。通過這種開拓性基礎研（yán）究並與瑞士斯達拉格機械工程公司密切合作，瓦爾特率先成為全世（shì）界采用低溫冷（lěng）卻（què）原理的刀具專業（yè）公司，為行業（yè）各種應（yīng）用提供了切實可行的解決方案。2013年3月，這種技術首次取得成功，並命名為“Cryo·tecTM”。在（zài）EMO2013，瓦爾特和（hé）斯達拉格獲得了MM獎，獲獎理由是他們的解決方案在銑削加工（gōng）最具創新性。

　　專用銑刀

　　對刀（dāo）具（jù）而言，合作雙方選擇了F2334R圓（yuán）刀片仿形銑刀，這種銑刀專門為葉片加工進行了（le）優化。其主要特點是加（jiā）工穩定性高，可采用5軸加工。這種刀具覆（fù）蓋了整個加（jiā）工工藝的70％～80％，從而絕大多數金屬去除發生在渦輪葉片部位。使用5軸加工（gōng），可優化各種位置的（de）槽（cáo）型比和切削力比，即使在粗加工（gōng）期間，也（yě）能接近想要的最（zuì）終外形輪廓。

　　F2334R開有兩道槽（cáo），可同時（shí）供應兩種（zhǒng）不（bú）同（tóng）類型的冷卻液：一道槽供應二氧化碳，另一道槽供應MQL、壓（yā）縮空氣或乳化液。二氧化碳以液態形式流過刀具，其壓（yā）力為60巴，直接噴在切削（xuē）刃的附（fù）近。然後，二（èr）氧化碳在此處（chù）膨脹後形成幹冰（bīng），達到想要（yào）的冷（lěng）卻效果。“Cryo·tecTM的重要研發步驟是采用（yòng）兩道槽係統，向刀具供應內冷卻液，而不是外接冷卻液供應係統，”瓦爾（ěr）特渦（wō）輪（lún）葉（yè）片（piàn）加工技（jì）術負責人ThomasSchaarschmidt說，采用（yòng）五軸加工，外供二氧（yǎng）化（huà）碳決不（bú）能達（dá）到理想效果，即不可能盡量靠近高溫切（qiē）削區域。當加工鈦合金時（shí），除了純冷卻外，還需（xū）要（yào）潤（rùn）滑。在本文所介紹的方法中，采（cǎi）用雙槽（cáo）刀具分離（lí）MQL和二氧化碳。斯（sī）達拉格（gé）負（fù）責研發專用芯軸，而瓦爾特負責（zé）提（tí）供優化刀具。低溫冷卻理念的（de）優勢如下：刀具磨損量小，使用壽命更長；切削參數優（yōu）化，生（shēng）產（chǎn）效率更高；表麵質量更好、邊界區域影響更小，零件質量更高；切屑100％可（kě）回（huí）收利用，無（wú）需準備維護處置（zhì）潤滑劑或零件清潔（jié）劑。

　　高壓Cryo·tecTM冷卻係統的一個重要技術（shù）優勢是，在機（jī）床和刀具（jù）都能保持盡可能長時間的二氧化碳壓力。因為隻要壓力下降（jiàng），就開始形成冰而堵塞二氧化碳供應通（tōng）路。但是，為了（le）達到既定冷卻效果，二（èr）氧化碳輸出量不宜過大，因為與乳化液相比，二氧化碳冷卻液較為昂貴，其成本約為0.30～0.50歐元每千克。“在確定噴嘴直徑時，我（wǒ）們在研發工作中投入了大量的人力、物力和時間，”Schaarschmidt說，目前我們正在努力（lì）著（zhe）手進一步優化壓力調節和供應，使之盡可能接近切削區域（yù）。我們還下大力氣與潤滑劑製造廠通力合作研製新（xīn）型MQL油品。迄今（jīn），他們已經（jīng）可用（yòng）於（yú）高溫應用，因此需要結合二氧化碳冷卻使用。目前Cryo·tecTM刀具隻有非標刀具，因為斯達拉格相應的機床（chuáng）／主軸技術還不成（chéng）熟。但是，瓦爾特正（zhèng）在想辦法製定一種刀（dāo）具連（lián）接標準（zhǔn）。

　　冷卻性能

　　利用（yòng）馬氏體不鏽鋼材質的渦輪葉片進行的實驗（yàn）（多軸車銑（xǐ）、原始部件尺寸475mm×80mm×80mm、焊接夾具）表（biǎo）明（míng），如（rú）果使用二氧化碳冷卻，切削刃處的溫度可降低100℃，與幹式加工相比，刀具刃口壽命延長30％，而切削參數仍能保持一致。同時，生產成本節省15％。在加工奧氏體不鏽鋼時，與MQL相比，刀具（jù）使用壽命大大延長，生產成（chéng）本節省高達30％。總體來說，低溫加工對（duì）高溫（wēn）合金（HRSA）和不鏽鋼有巨大潛力。現在是需要（yào）采用ISOS組和ISOM組的材料和應用對此技（jì）術進行進一步驗證。今後研（yán）發重點考慮用於汽（qì）車（chē）業零件加（jiā）工以及設備技術、提取和處置等方麵（miàn）未解決的問題。

　　未來（lái）的（de）切削（xuē）技術

　　今後的機床可能設計成同時具有（yǒu）冷卻和非冷（lěng）卻功能（不管是否采用冷卻液）。惟一的區別是選用的（de）切削刀具材料：一種（zhǒng）用於冷卻加工（gōng），另一種用於（yú）幹式加工。今後研發還有另外的主題。銑削期（qī）間，通過齧合和分離，使（shǐ）所采用（yòng）的刀具齒加熱（rè）然後冷（lěng）卻。隻有采用低溫二氧化碳冷卻才能充分達到這種（zhǒng）效果。由於高溫交變效（xiào）應，硬質合金基體和塗層以不同速率膨脹，使塗層開裂，最終使切削刀（dāo）具（jù）材（cái）料失（shī）效。過去幾年研發的所有切削刀具材料都用於幹式加（jiā）工的高溫作業，但是現在的切削刀（dāo）具材料需要專門適合低溫二氧化碳冷卻，能承受溫（wēn）度巨（jù）變（biàn）。因此，在瓦爾特今（jīn）後的研發工（gōng）作（zuò）中，ThomasSchaarschmidt需要研究（jiū）兩大課題：我們今後主要任務是對刀具概念和專業切削刀具材料標準（zhǔn）化，因為我們計劃在2020年前將渦（wō）輪機難切材料的比重增加到40％左右，所以這方麵的市場增長潛力（lì）巨大，需要加大研發力度。