對蒸汽和（hé）燃氣輪機而言（yán），葉片製造是主要生產成本之一。使用（yòng）難以（yǐ）加工的高（gāo）溫合金和材（cái）料，無疑增加了加工工藝成本。因此，人們迫切需要創新（xīn）的加工解決方案。瓦爾（ěr）特還（hái）是首次提出適（shì）合量（liàng）產的二氧化碳低溫冷卻概念。

　　帶葉片加工本身是一門科學。過去，葉（yè）片製造廠麵臨的是設備問（wèn）題；當今，主要麵臨葉片材料給加工（gōng）帶來的頭疼問題（tí）。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（gāo）溫度的最佳解決方案。因（yīn）為需要采（cǎi）用特殊材料才能滿足（zú）高溫要求，所以會增（zēng）加葉片的製造成本。傳統的（de）鐵素體、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，最重要的因素是采用相互匹配的創新型刀具和加工概念（niàn）來控製製造成本（běn），例如能見（jiàn）實效的高（gāo）性能冷卻（què）加工概念。

　　總部位於圖（tú）賓（bīn）根的瓦爾特專為能源行業研製刀具和加工方案的曆史非常（cháng）悠久。“幾十（shí）年（nián）來，能源生產已成（chéng）為我們專注的（de）主要行業之一，”瓦爾特業務發展部經理（lǐ）AndreasElenz強調，我（wǒ）們是所有關鍵零（líng）件的全方位服務提供商（shāng），當然包括葉片。這意味著從保證最大金屬去除率的可轉位刀片的（de）粗加工銑刀到保證最小過渡半徑（jìng）的整體硬質合金立銑刀，要（yào）配備（bèi）所有（yǒu）的刀具（對於（yú）葉片加工（gōng）領域而言，這個量相當大）。

　　冷卻概念

　　刀具冷卻特別重要，它不僅（jǐn）對刀具本身的影響（xiǎng）很大，加工中產生的高溫還關係（xì）到渦輪機加工過程中是否產生加大硬質合金基體壓應力和限製其性能的發揮。與鋼材不（bú）一樣（yàng），加工難切材料時，一般不會（huì）通過切屑帶走熱量（liàng），其中熱量（liàng）滲（shèn）入切屑刃，從而使鈷鎢硬質合（hé）金軟化（huà）。

　　2013年年初，瓦爾特與茨維考西撒克遜應用科學大學生產技術研究（jiū）所（IfP）攜手合作，對采用液體二氧（yǎng）化碳（tàn）低溫加工進行基（jī）本研（yán）究，其中切削刃口已經（jīng）冷卻到-78.5℃，茨維考實驗（yàn）全（quán）部采用了外部冷卻供應，並對各種冷卻策（cè）略（MQL，乳化液、二氧化（huà）碳及其各種組合（hé））進行了相互比較。比較結果表明，二氧化碳法具有最大的冷卻潛力，具（jù）有十分明顯的優勢，在加工不鏽鋼（gāng）渦（wō）輪葉片時，成本節省（shěng）高達40％。通過（guò）這（zhè）種開拓性基礎研究並與瑞（ruì）士斯達拉格機械工程公司密切合作，瓦爾特率先成為全世界采用低（dī）溫冷卻（què）原理的刀（dāo）具專業公司（sī），為行業各種應用提供了切實可行（háng）的解決方案。2013年3月，這種技術（shù）首次取得成功（gōng），並命名為“Cryo·tecTM”。在EMO2013，瓦爾特和斯達拉格（gé）獲得了MM獎，獲獎（jiǎng）理由是他們的解決方（fāng）案在銑削加工最具創新性。

　　專用銑刀

　　對刀（dāo）具而言，合作雙（shuāng）方選擇了F2334R圓（yuán）刀片仿形銑（xǐ）刀（dāo），這種銑刀專門為葉片加工進行了優化。其主要特點是加工（gōng）穩定性高，可采用5軸加工。這（zhè）種刀具覆蓋了（le）整個加工（gōng）工藝（yì）的70％～80％，從（cóng）而絕大多數金屬去除發生在渦輪葉片部位。使用5軸加工，可（kě）優化（huà）各種位置（zhì）的槽型（xíng）比和切削力比（bǐ），即使在粗加工期間，也能接（jiē）近想要的最終外（wài）形輪廓。

　　F2334R開有兩道槽，可（kě）同時供應兩種（zhǒng）不同類型的冷卻液：一道（dào）槽供（gòng）應二氧化碳，另一道槽供應MQL、壓縮空氣或乳化液（yè）。二氧化碳以液態形式流過刀具，其壓力為60巴，直接噴在切削刃的附近。然後，二氧化碳在此處膨脹後形成幹冰，達（dá）到想（xiǎng）要（yào）的冷卻效果。“Cryo·tecTM的重要研發步驟是采用兩道槽係統，向刀具供應內冷卻液（yè），而不是外接冷卻液（yè）供應係統，”瓦爾特渦輪葉片加工技術負責人ThomasSchaarschmidt說，采用（yòng）五軸加工，外供二氧化碳決不能達（dá）到理想（xiǎng）效果，即不可能（néng）盡量靠近高溫切（qiē）削區域。當加（jiā）工鈦合金時（shí），除了純冷卻外，還（hái）需要潤滑。在本文所介紹的方法中，采用雙槽刀具分離MQL和二氧化碳。斯達拉格負責研發專用芯軸，而瓦爾（ěr）特負責提供優化刀具。低溫冷卻理念的優勢如下：刀（dāo）具磨（mó）損量小，使用壽命更長；切削參數優化（huà），生產效（xiào）率更高；表麵質量更好、邊界區域影（yǐng）響更小（xiǎo），零件質量更高；切屑100％可回收利用（yòng），無需準備維護處置潤滑劑或零件清（qīng）潔劑。

　　高壓Cryo·tecTM冷卻係（xì）統的一個重要技術優勢是，在機床和刀具都能保持盡可能長時間的（de）二氧化碳壓力。因為隻要壓力下降，就開始形成（chéng）冰而堵（dǔ）塞二氧化碳供應通（tōng）路。但（dàn）是，為了達到既定冷卻效果，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（yuán）每千克。“在確定噴嘴直徑時，我們在研（yán）發工作中投入（rù）了大量的人力、物力和時間，”Schaarschmidt說（shuō），目前我（wǒ）們正在努力著手進一步優化壓力調節和供應，使之盡可能接近切削區域。我（wǒ）們還下大力（lì）氣與潤滑劑製造廠通力合作研製（zhì）新型MQL油品。迄今，他們已經可用於高溫應用，因（yīn）此需要結合二氧化碳冷卻使用。目前（qián）Cryo·tecTM刀具隻有（yǒu）非標刀具，因為斯達拉格相應的（de）機床／主軸技術還不成熟。但是，瓦爾特正（zhèng）在（zài）想辦法（fǎ）製定一種刀具連接（jiē）標準。

　　冷卻性能

　　利用（yòng）馬氏體不鏽鋼材質的渦輪葉片進行的實（shí）驗（多軸車銑、原始部件尺寸475mm×80mm×80mm、焊接夾具）表明，如果使用二氧化碳冷卻，切削（xuē）刃處的（de）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（tóng）時，生產成本節省15％。在加工奧氏體（tǐ）不鏽鋼時，與MQL相比，刀具使用壽命大大延長，生產成本節省高達30％。總體來說，低溫加工對高溫合金（HRSA）和不鏽鋼有巨（jù）大潛力。現在是需要采用ISOS組和ISOM組的材料和應用對此（cǐ）技術（shù）進行（háng）進一步驗（yàn）證。今後研（yán）發重點考慮用於汽車業零件（jiàn）加工以及設（shè）備技術、提取和處置（zhì）等方麵未解決的問題。

　　未來的切削技術

　　今（jīn）後的機床可能設計成同時具有冷卻和非（fēi）冷卻功能（不管是否采用冷卻液）。惟（wéi）一的區別是選用的切削刀具（jù）材料：一種用於冷卻加工，另一種用於幹式加工。今後（hòu）研發還有另外（wài）的主題。銑削（xuē）期間，通（tōng）過齧合和分離，使所采用的刀具齒加熱然後冷卻。隻有采用低溫二氧（yǎng）化碳冷卻才能充（chōng）分（fèn）達到這種效果。由於高溫交變效（xiào）應，硬質合金基體和塗層（céng）以不同速率膨（péng）脹，使塗（tú）層開裂，最終使切削刀具材料失效（xiào）。過去幾年研發的所有切削刀具材料都用於幹式加工的高溫作業，但是現在的切削刀具材料需要專門適合低溫（wēn）二氧化碳（tàn）冷卻，能承受溫度巨變。因此，在瓦爾特今後的研發工（gōng）作中（zhōng），ThomasSchaarschmidt需要研究兩大課題：我們今後主要任務是對（duì）刀（dāo）具概念和專業切削刀具材料標準化，因為我們計（jì）劃在（zài）2020年前將渦輪機難切材料的比重增加到40％左右，所以這（zhè）方麵的市場增長潛力巨大，需要加（jiā）大研發力度。