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瓦爾特刀具--先進切削技術助力高效加（jiā）工

2014-12-16 來源：數控機床市場網作者：瓦爾特

瓦爾特刀具應用案例

關鍵詞：瓦爾特刀具應用案例航空航天結（jié）構件（jiàn）鈦合金鋁合金高（gāo）速加工

先進切削技術助力高效加工

中航工業成都飛機工業（集團）有限責任公司是中國航空（kōng）工業集團直屬特大型企（qǐ）業，是我國航空武（wǔ）器（qì）裝備研製生產基地，航（háng）空武器裝備（bèi）出口主要基地，民機零部件重要製造商。數（shù）控機械加工廠（chǎng）（簡稱（chēng）“成飛（fēi）數控廠”）是成飛公司屬下的一個主要（yào）結構件生產（chǎn）分廠，數控加工設備門類齊全，可完成鈦合金等各種大、中、小型複雜和（hé）精密的結構件生產加工任務，具有承接各類模具、非（fēi）標準設備的設計製造能力（lì）。經過多年發展，成飛數控廠實現了彎頭加工、鈦（tài）合金異（yì）形槽加工以及外接內冷刀具技術的應用，並在國內首次實（shí）現了對大型鈦合金整體框零件的（de）變形控製和精確製造。

為中國科學（xué）院高能物理研究所成功製造的“第二代巨型（xíng）正負電子對撞機漂移室本體——BESⅢ漂移室”是（shì）成飛（fēi）數控加工技術高水平的真實（shí）反映。該部件加工（gōng）製造難（nán）度之大、精度要（yào）求之（zhī）高堪稱國內之最：它是由16個精密絲孔端麵板，通過內室內筒，連接法（fǎ）蘭盤，台階連接環及外室外筒連接而成。其（qí）中外桶材料為（wéi）複合材料，而大端麵、內室和台階為鋁合（hé）金材料。僅大端板上就有20934個小孔，218個大孔和1048個螺紋孔，用中科院專家的話說，就是（shì）一粒灰塵掉進去都（dōu）將影響其精度。漂移（yí）室本體的成功製造，使得北京正負電子對撞機能（néng）夠成功改造，使我國和發（fā）達國家在高能物理研究方麵的差距縮小了25年，是成飛數控加工技術的（de）完美展現。

飛機結構件的（de）特點

飛機結構件是飛機的主要受力部件，其（qí）外形與飛機曲麵外形、風道外形、翼身溶合體（tǐ）外（wài）形等理論外形有關（guān），零件內、外形（xíng）角度變化（huà）較大。該類零件（jiàn）在國內外均采用數控加工，尤其是五軸聯動加工，數控加工（gōng）零件約占全（quán）部機加工零件（jiàn）的85％；整體結構件（jiàn）都是用厚板加工而成，材料去除率達到90%以上，因此切削加工（gōng）量極（jí）大。同時，為（wéi）了減輕飛機重量，結構件的腹板和（hé）壁厚愈來愈（yù）薄，腹板厚度通常為1.5mm左右，在加（jiā）工中非常（cháng）容易變形，增大了零件的（de）加工（gōng）難度；飛機結構件作（zuò）為主要承力部件，裝配協調麵、交點孔等精度（dù）要求高，以滿足精確裝配的需要，如腹板（bǎn）最高精度達到±0.1mm，比前一代飛機提（tí）高一倍（bèi）以（yǐ）上。航空整體結構件具有尺寸大、壁薄（báo）、易變形以及（jí）切削加工難度大（dà）、零件精度高等工藝特點。

另外，隨著新一代戰機性能的逐步提高，新型高性能材料不斷引入，高強度難加工材料和低密度輕質材料成為航空結構件的兩大類主要材料，結構件材料逐漸由鋁合金為主轉變為鋁合金、鈦合金、複（fù）合（hé）材（cái）料並重的局麵。

近年來，成飛數控廠承（chéng）擔了鈦合金、鋁合金、複合材料和不鏽鋼等材料結構件的數控（kòng）加工任務，所加工的零件主要為框、梁、壁板和接頭等類型，每年交付近10萬件（jiàn）零件，涵蓋了軍機、民機兩大類型產品，零件尺寸（cùn）大至4000mm×2000mm，小至100mm×100mm，零（líng）件腹板最小尺寸僅1mm。所加工產品的特點是材料範圍廣，尺寸跨度大，精度要求高，對數控加工提出了很高的要求。數（shù）控加工作為一種高效、精密的數（shù）字化切削加工技術，成為飛機複雜結構件機械加工的主要手段，飛機結構件50%以上的加工工（gōng）作量由數控加工完成（chéng）。

高速機床推動高效加工（gōng）

裝備對數控加工水（shuǐ）平起著決定性的作用，直（zhí）接影響著產（chǎn）品質量。這裏所（suǒ）講的裝備包含（hán）兩層（céng）含義，一方麵指各種類型的機床設備、工裝夾具，另（lìng）一方麵則指加工過程中涉（shè）及的各種刀具產品。高速加工技術不僅成（chéng）倍地提高了生產效率，改（gǎi）善了零件的加工（gōng）精度和表（biǎo）麵質量，而且有效地解決了低速加工中（zhōng）一些（xiē）難解決的問（wèn）題，如超薄零件的加工和某些特殊材料（如纖維增（zēng）強塑料等）的高效加工等。目前（qián），高速加工依然是（shì）實現這些飛機結構件高效加（jiā）工的主要途徑。

高速機（jī）床是提供高速加工的主體，刀具是實現高速切削加工的關鍵（jiàn）。近年來，高速加工相關技術得到迅（xùn）猛（měng）的（de）發展。當前應用的高速主軸，轉速可達42000r/min，甚（shèn）至更高，直線電機和力矩電機已逐步進（jìn）入應用階段，進給速（sù）度越來越快，達到120m/min；進給加速度越來越大，大型機床進給加速度達到9.81m/s2，中小型機床進給加（jiā）速度達到（dào）19.62m/s2，反映加速（sù）度變化率的（de）加加速度已成為衡量高速性能的一項重要指標；切削效率越來越高，鋁合金結構件（jiàn）數控加工的材料去除率高（gāo）達5000～7000cm3/min.

成飛數控（kòng）廠擁有的DST高速機床，主軸轉（zhuǎn）速可達30000 r/min，進給加速度達到了2g。該機床在鋁合金加工方麵擁有其他機床無可比擬的優勢，加工效率較普通機床提高了近一倍。DST高速機床應用（yòng）植物油微量冷卻潤滑技術，大大提升了成飛公司的數（shù）控加工（gōng）水平，並成為成（chéng）飛數控廠鋁合金加工的一大亮點。

先進刀具助力（lì）高（gāo）速加工

在成飛數控廠，DST高（gāo）速機床的精加工幾乎全部（bù）采（cǎi）用瓦爾特（tè）的刀具產品。針對鋁合金零（líng）件，瓦爾特提供的刀具解決方案充（chōng）分發揮（huī）了高速機（jī）床的（de）先（xiān）進性。

某（mǒu）鋁合金零件尺寸為3m×2m，材料牌號（hào）鋁合金 7050-T7451，零件高度（dù）140mm，最大緣條高度90mm，厚度僅2.5mm，緣條跨度在200mm以上，且緣條無（wú）剛性支撐，厚度尺寸公差在0.4mm以內。由於尺寸大，加工變形較為嚴重，緣條的高厚（hòu）比高達36∶1，而且該零件粗精加工（gōng）需在不（bú）同機床上進行，零件的變形控製十分困難。尤（yóu）其是對於高緣條，DST高速機床的效率（lǜ）不能充分發揮，加工過程（chéng）易產生顫振，加工難度較大。通過多次試切，成飛數控廠（chǎng）配合瓦爾特的3刃整體刀具JGXLZY3GNT/20*24*60R3，將高（gāo）緣（yuán）條進給速度提高至（zhì）5400mm/min，加（jiā）工效率提升30%以上，盡可能地保證了高緣條的加工效率和加工質量。而對於其他剛性較好（hǎo）的部位，成（chéng）飛數控廠則采用高轉速大進給的切削方式，轉速高達28000 r/min，進給速度最大10800mm/min，令（lìng）加工效率提升一倍以上，且現場加（jiā）工效果良好，實現了零件（jiàn）的（de）順利交付。在應用DST高速機床和（hé）瓦爾特刀具之前，該鋁合金零件一直在亞高速機床（chuáng）上加工，轉速（sù）9000 r/min，進（jìn）給速（sù）度3600mm/min，加工效率低（dī）下（xià），加工周期長。

同樣，瓦爾特（tè）刀具在鈦合金加工方麵也效果顯著。瓦爾特的大進給刀具最大（dà）進給速度達1500mm/min，成飛數控廠用其替換了之前應用的焊接刀具，將加（jiā）工效率提升了30%以上，同時工件的加工變形量大（dà）大減少。例如：某零件尺寸為3.6m×1.8m，通過刀具和參數（shù）的綜合應用（yòng）可將加（jiā）工變形成功控製在0.1mm以內。此外，瓦爾特的玉米銑刀F2338-100080最大切（qiē）深可達50mm，最大切寬達76mm，由此產生的金屬去除率（lǜ）最大可達340cm3/min，加（jiā）工效率提升（shēng）顯著。

用戶的效率提升夥伴

為順應飛機產品質量和精度（dù）越來越高的（de）要求，以及（jí）生產節點的進一步壓縮，生產企業不（bú）斷尋找高效且優質的加工方式。就飛（fēi）機結構件來說，刀具的正確選用和（hé）使用有（yǒu）時（shí）顯得尤為關（guān）鍵，其質量、加工效率經常成為製約零部（bù）件加工（gōng）品質和交貨周（zhōu）期的首要因素。在實踐中不斷總結，成（chéng）飛數控（kòng）廠針對產品材質範圍廣的特點，形成針對不同材料的（de）高（gāo）效（xiào）加工解決方（fāng）案。例如，針對鈦合金材料，采用大功率、大扭矩機床和硬質合金（jīn）刀具或塗（tú）層刀具等高效刀具；針對鋁合金材料，采用高轉（zhuǎn）速機床和高速鋼或整體硬質合金刀具，配合微量潤滑技術。

如今，成飛數（shù）控廠與瓦爾特的合作已經延續了十數年。在成飛數控廠，從零件的毛坯粗加工，到精加工（gōng）成型，再到精度孔的加工，無（wú）論是整體立銑刀、可轉位銑刀、U鑽、鏜（táng）刀和盤刀均能看到瓦爾特的身影，基本覆蓋了成飛數控廠70%以上的刀具品種。尤其是在精度孔的加工中，瓦爾特的刀具表現出色，其應用覆蓋在85%以上。從加工材（cái）質（zhì）來（lái）看，瓦爾特（tè）刀具的應用涵蓋了鋁合金、鈦合（hé）金、不鏽鋼和淬硬鋼（gāng）等材料。

基於瓦爾特深厚的刀具研發及製造實力，以及豐富的刀具產品線和強大的數控加工工（gōng）程能力，成飛數控廠與瓦爾特的合作超越了一般的合作關係。不管是加工材料發生變（biàn）更，還是工藝技術（shù）發生（shēng）創新，每當成飛（fēi）數控（kòng）廠遇到刀具方麵的難題，瓦爾特都會及時（shí）給予專業的技術解答。瓦爾特刀（dāo）具的（de）創新與發布也給成飛數控加工帶來了先進的（de）切削理念，高效、高質的（de）加工刀具使得數控加工由難變易（yì），加工技術水平（píng）逐步得到提（tí）升。

目前，成飛公司承擔了大量的軍機、民機和國外轉包的生產任務，大型航空整體結構（gòu）件數控加工任務非常（cháng）繁重。在不斷對現有加工工藝和流程進行改善的同時，成飛公司（sī）製定了年產值200億元的目（mù）標，這一（yī）目標的達成，必然要得益於基礎裝備和技術的有力支持。憑借優勢（shì）技術能力，瓦爾特與成（chéng）飛數控的合作將會更加（jiā）深入。