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伊斯卡直麵航空（kōng）工業噴氣發動機（jī）部件製造的挑戰

2018-7-26 來源：伊斯卡作者（zhě）：Yaniv Metz, 切槽加工產品經（jīng）理

對噴氣發動機的製造（zào）材料要求（qiú）必定非常嚴格。因其必須（xū）承受極端高溫及作用力（lì），並盡可能地輕且極為可（kě）靠。

渦輪（lún）噴氣發動（dòng）機可被簡單地劃分為三個部分 – 壓氣機，燃燒室和渦輪。在空氣進（jìn）入燃燒室之前，壓氣（qì）機對流經（jīng）發動機的空氣加壓；在燃燒室裏空氣與燃（rán）料混合，點燃並燃燒。壓氣機（jī）部件主要（yào）由鈦（tài）合金製成，而燃燒（shāo）室和渦輪部（bù）件通常由鎳基超（chāo）級合金製成，例如Inconel 718。

一．鎳基合金

鎳基高溫合金具有卓越的物理性能，這一特性使其成為製造（zào）航空零部件的理想材料。鎳基高溫合金適用領域寬，溫（wēn）度（dù）譜範圍廣。該材料具有高屈服強度，高（gāo）極（jí）限抗拉強度，高抗疲勞強（qiáng）度，在高溫下保持（chí）耐腐蝕耐氧化性的特性。

鎳基高溫合金，Ni含量35-75%，Cr含量15-22%；滿足了飛機發動機生產製造總（zǒng）材料需求的（de）30%；還被用作航天（tiān）飛機主發動機不同零部件的結構（gòu）材料。用於製（zhì）造燃氣（qì）輪機旋轉部件，包括盤（pán）類、葉片類、殼體部件（如渦輪機機殼）、發動機（jī）支架（jià）、火（huǒ）箭發動機部件及泵，占航空航天工業消耗鎳基高溫合金（jīn）總量的80%。

鎳基合金憑借其性能為噴氣發動機零部件材料提供（gòng）了出（chū）彩的選擇，然而同（tóng）時（shí）也給加工帶來了巨大的困難。因加工鎳基合金（jīn）過程（chéng）中產（chǎn）生高剪切應力且熱傳導係數低，使得切削區域的切削力及切削溫度（dù）非常高（gāo）。加上鎳基高（gāo）溫合金（jīn）與刀具材料的物理化學反應，引起切屑刮擦及粘（zhān）焊（hàn）於工件表麵（miàn），導致刀具過度磨損，這使得切削速度受限，刀（dāo）具壽命（mìng）降低。以上這些特性不僅拉低了材料（liào）去除率，縮短了（le）刀具（jù）壽命（mìng），還使得（dé）加工成本大幅上升。

二．鈦基合（hé）金

對先進的航空航（háng）天係統而言，鈦合金具有（yǒu）高強度重量比，出色的耐腐蝕性，鈦合金部件使用起來非常趁手。鈦基合金Ti含量86-99.5%，Al含量5-8%，幾乎不受暴露在航空（kōng）航（háng）天環境下的影響。大量的鈦合金材（cái）料被用於噴氣發動機（jī），鈦合金部件占噴氣發動機（jī）重量（liàng）的25-30%，主要用（yòng）於壓氣機。發動機（jī）的高效運行離不開鈦合金部件，如風扇葉（yè）片、壓氣機葉片、轉子、盤類（lèi）零件、輪轂和其它非轉（zhuǎn）子部件（例如進氣引導葉扇）。

鈦合（hé）金性能優異、輕質，不僅令航空工（gōng）程師（shī）們得以設（shè）計（jì）出飛得更高更快的飛機；還使得飛機對極端環境耐受性高。然而，鈦（tài）本具的物理性能、化學性能及機械加（jiā）工性能使其一（yī）直以來（lái）都被視為難加工材料。

鈦材料具有相對耐高溫性、低（dī）熱（rè）傳導性，使得（dé）產生的切削熱不易從刀具切削區域散（sàn）導出去，引起刀具過度（dù）變（biàn）形，過度磨損（sǔn）。在高溫下，鈦合金依然能保持其強度（dù），加工的結果是切削刀具（jù）出現相對高的塑性變形（xíng），產生（shēng）深的溝槽磨損。在加工過程中，因（yīn）鈦合金的高度化學反應，導致切屑冷焊於切削刀具上，產生（shēng）積（jī）屑瘤，進而引起斷屑問題。

在過去的數年間，伊斯卡在研發（fā）方麵投入大量的資源以（yǐ）打破以（yǐ）上這些加工困境，優化鎳基高溫合金及鈦基高溫合金的加（jiā）工。其解決方案包括專業推出專用牌號；推進高壓（yā）冷卻技術落地到（dào）切削刀（dāo）具（jù）以解決切削（xuē）熱散熱問題。

三．伊斯卡牌（pái）號

為（wéi）實現高金屬去（qù）除率，伊斯卡研發了以下能實現以（yǐ）200 – 400m/min的切削速度加工鎳基合金的（de）陶瓷牌號：

IW7 – 晶須陶瓷牌號，兼具高硬度及高韌性，能以比硬質合金牌（pái）號快 8-10 倍的切削速度（dù）進行粗加工及半精加工；

IS25 – 強固的（de）賽阿龍（SiAlON）合成牌號，在鎳基高溫合金的連續切削及輕微斷續切（qiē）削加工中（zhōng）表現（xiàn）優異；

IS35 - 強固的賽阿龍（SiAlON）合（hé）成牌號，在鎳基高溫合金的輕微斷續切（qiē）削（xuē）及重型斷續（xù）切削加工中（zhōng）表現（xiàn）出色。

以下合金牌號用於有針對（duì）性地開發加工鎳基合金及鈦（tài）合金的刀（dāo）具：

IC806 – 高（gāo）強度超細晶（jīng）粒基體，TiAlN (PVD) 塗層。包括特殊的塗層後處理技術（shù）在內的特別的塗層工序，使得塗層更薄更光滑，賦予刀片更出色的鎳基合（hé）金（jīn）及鈦合金加工特性；

IC804 – 在硬度更高的基體上采用同樣的TiAlN (PVD) 塗層，特別設計用於加工最新的硬度（dù）高達HRC40-47的噴氣發動機鎳基合金部件；

IC20 – 非塗層合金牌號，特別（bié）推薦用於鋁合金及鈦合金的加工。IC20主要用於連（lián）續切削加工，表現出色。

四．高壓（yā）冷（lěng）卻刀具（jù）

在（zài）金屬去除領域，高壓冷卻已存在相當長（zhǎng）的時間。今天，尤其（qí）是在設定諸如鈦合金及鎳基合（hé）金這類難加工（gōng）材料（liào）的加工（gōng）工藝時，高（gāo）壓（yā）冷卻刀具因能顯著提高（gāo）生產率及切屑控製，所以扮演著越來越重要的角色。借助（zhù）於高壓冷卻是使得（dé）冷卻射流精（jīng）準直達切削區域衝刷出（chū）切屑的關鍵。

伊（yī）斯卡是最早對市場需求做出回（huí）饋的（de）切削刀具（jù）製（zhì）造商之一，通過研發、生產製造切削刀具以合理地將高壓冷卻用於降低切削溫度，調整切（qiē）屑流（liú），提供包括JETCUT在內的定製高壓冷（lěng）卻刀具。

航空部件OEM/PMA部門（mén）不僅需（xū）要持續麵（miàn）對成本降低（dī）的壓力，同時還得保證所製造部件（jiàn）的（de）品質（zhì）和壽命。而這對所有相關（guān）人員而言都是一個（gè）巨大（dà）的挑戰。伊斯卡改進型切（qiē）削刀具在使得噴氣發動（dòng）機製（zhì）造商們自如地采用理想的材料生產製造高品質零部件的同時（shí），還將損耗降到最低，效率最大化。

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