高壓冷卻技術(shù)在航空零件加工領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)

　　高壓冷卻(HPC)技術(shù)令使用者獲益匪淺

　　冷卻液在航空零件加工中的角色正在經(jīng)歷著演變。 加工車間多年來的做法是：直接將冷卻液噴向加工區(qū)域。然而現(xiàn)在，高壓冷卻技術(shù)可將冷卻液精準(zhǔn)地導(dǎo)向?qū)嶋H切削區(qū)，其優(yōu)勢(shì)已經(jīng)彰顯。。令人振奮的是，隨著很多現(xiàn)代化數(shù)控機(jī)床對(duì)冷卻液容量的提升，以及與之配套的全新刀具概念的推出，這一新的技術(shù)已經(jīng)可以廣泛應(yīng)用。。

　　與眾不同

　　如果要在現(xiàn)代加工中使冷卻液有效的發(fā)揮作用并產(chǎn)生與眾不同的效果，就需要配置高壓噴射冷卻，其流量必須足夠大，噴射方向也要正確。 一條溪流一樣的冷卻液或使冷卻液沖過加工區(qū)域的做法已經(jīng)無法滿足需求。

　　此外，合理運(yùn)用高壓冷卻(HPC)會(huì)在以下方面產(chǎn)生顯著效果：切屑成形、熱量分布、切削刃上的工件材料的粘結(jié)性、表面完整性和刀具磨損。通過不斷提升的生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量這些基本的加工因素,相應(yīng)地提升了競(jìng)爭(zhēng)力。

　　高壓冷卻(HPC)的應(yīng)用在不銹鋼和低碳鋼的常規(guī)加工中收效已經(jīng)非常不同，不過在難加工材料例如鈦合金和耐熱超級(jí)合金的加工中，這一技術(shù)的表現(xiàn)更為出色。近期有關(guān)高壓冷卻(HPC)的大量研發(fā)使其更易使用，也更具吸引力。

　　Jetbreak 系統(tǒng)開創(chuàng)高壓冷卻理念

　　在19世紀(jì)八十年代到九十年代，山特維克可樂滿開發(fā)了第一代的高壓冷卻系統(tǒng) Jetbreak。 研究表明，對(duì)可加工性和切屑控制方面要求苛刻的加工材料來說，高達(dá)100 – 1000 巴的超高壓力、方向精確的冷卻液射流已經(jīng)成為切削刀具的一部分。冷卻液噴射流在切屑和切削刃之間形成一個(gè)液壓楔， 隨著加工區(qū)域溫度的降低，切屑和切削刃的接觸長(zhǎng)度縮短。 另外一個(gè)有趣的效果是冷卻液噴射流會(huì)影響切屑的卷曲，從而改善了切屑控制，某些情況下還會(huì)導(dǎo)致斷屑。

　　通過非標(biāo)刀具的應(yīng)用，Jetbreak 系統(tǒng)已成為加工性差或斷屑困難材料的理想解決方案。冷卻液壓力的分布以及噴嘴的尺寸會(huì)對(duì)加工效果產(chǎn)生很大的影響。通過調(diào)整射流參數(shù)，可獲得不同的卷屑效果，并使帶狀屑導(dǎo)向所需的方向成為可能，甚至做到改善切屑的長(zhǎng)度。Jetbreak 系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用比較有限，主要用以解決石油、航空航天和滾動(dòng)軸承行業(yè)中遇到的問題，采用Jetbreak系統(tǒng)則需要配備專用的非標(biāo)刀柄，且該技術(shù)主要應(yīng)用于立式車床。

　　高壓冷卻技術(shù)成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

　　許多現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床帶有標(biāo)配或選配的壓力為70到100 巴的冷卻系統(tǒng)，這足以使用高壓冷卻技術(shù)，并在常規(guī)的加工中心、車削中心、立式機(jī)床以及多任務(wù)機(jī)床加工中以獲得出色加工效果。標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備足以提供通向射流應(yīng)用區(qū)域的冷卻液通道。

　　當(dāng)使用高壓冷卻進(jìn)行加工時(shí)，使用模塊化刀具是最佳的方法，它不僅可以通過快速換刀在一定程度上確保最小停機(jī)損失，而且提供了將冷卻液從機(jī)床引向切削刃的可靠有效的通道。可樂滿 Capto® 模塊化快換刀具系統(tǒng)是 Jetbreak 和山特維克可樂滿新型模塊式高壓冷卻刀具CoroTurn HP開發(fā)基礎(chǔ)。可樂滿 Capto已經(jīng)成為ISO標(biāo)準(zhǔn)，被許多數(shù)控機(jī)床所廣泛選用。

　　用于車削的高壓冷卻技術(shù)

　　CoroTurn HP能夠產(chǎn)生平行且精確的冷卻液噴射，在刀片和切屑之間產(chǎn)生液壓楔，影響切屑形成和流向并降低切削區(qū)域的溫度。靠近切削刃安裝的噴嘴準(zhǔn)確地噴射出高速冷卻液射流，迫使切屑離開刀片表面并使切屑冷卻和斷裂，使切屑以利于排屑。標(biāo)準(zhǔn)的噴嘴尺寸為1 mm，也有0.6 mm到 1.2 mm尺寸，可供特定的優(yōu)化應(yīng)用。

　　即使冷卻液壓力低至10 巴，對(duì)鋼、不銹鋼、鋁合金、鈦合金和高溫合金等材料進(jìn)行精加工時(shí)采用高壓冷卻技術(shù)仍可獲得相當(dāng)?shù)囊嫣帯?除了由更好的切屑控制帶來的更高的加工安全性之外，高壓冷卻還能明顯延長(zhǎng)刀具壽命(高達(dá)50%);采用更高切削速度所帶來的潛力則是顯著節(jié)約生產(chǎn)成本的。

　　與其他任何因素相比，切削速度對(duì)切削溫度和刀具磨損的影響更大。 加工鈦合金時(shí)如果超出合理加工區(qū)域，加快切削速度會(huì)導(dǎo)致刀具壽命急劇縮短， 但是以類似的方式增加進(jìn)給量，刀具壽命的縮短就沒有那么明顯。 因此，通過改變進(jìn)給量以改善金屬去除率成為更具吸引力的方案。 但是，使用高進(jìn)給量并非總是一種萬全之策，進(jìn)給量的增加肯定會(huì)產(chǎn)生更大的切削力，但也會(huì)影響切屑控制， 。

　　憑借更高的切削速度但同時(shí)又不會(huì)出現(xiàn)常見的溫度升高和降低刀具壽命，高壓冷卻技術(shù)具備提升加工性能的潛力。 無須使用更高的進(jìn)給量帶來更高的切削力，明顯的冷卻效果也可以產(chǎn)生。 對(duì)于ISO S類的材料，切削速度提高20%的時(shí)候，切削長(zhǎng)度仍可以保持相同。

　　內(nèi)圓車削也是高壓冷卻技術(shù)能夠發(fā)揮重要作用的一個(gè)領(lǐng)域，它有助于確保良好的切屑形成，在加工難加工材料例如鈦合金時(shí)還能改善材料的剪切性能。 這樣，在進(jìn)行鏜削工序時(shí)可獲得更高的加工安全性以及更長(zhǎng)的刀具壽命。 當(dāng)采用鏜桿加工相對(duì)大而深的孔，例如起落架零件時(shí)，采用前后端均帶模塊式接口的模塊式刀具是十分有利的。 由于能夠快速準(zhǔn)確地更換夾緊在機(jī)床上鏜桿前端的較小的切削模塊，因此為在一次裝夾中進(jìn)行各種切削提供了相當(dāng)大的靈活性。 CoroTurn SL將帶鋸齒形接口的切削刀頭與減振鏜桿相結(jié)合用于鏜削深度為10倍鏜桿直徑的大孔，也具備了高壓冷卻的能力。

　　用于銑削的高壓冷卻技術(shù)

　　通過高壓冷卻技術(shù)也為銑削帶來益處。 CoroMill 690是一款專用于鈦合金加工的具有高壓冷卻能力的長(zhǎng)刃立銑刀。其徑向切削刃由許多刀片組成，而每個(gè)刀片都有相應(yīng)的冷卻液噴嘴為其提供高壓噴射。在無需使用銑刀的整個(gè)軸向深度的情況下，可以使用塞子代替噴嘴，這樣可以避免不必要的空噴射而損失冷卻壓力。位于刀具端部的噴嘴有助于排屑，避免出現(xiàn)切屑的再切削效應(yīng)(特別是在型腔加工中)。

　　為了確保運(yùn)用冷卻液流和壓力的正確數(shù)值，可采用專用計(jì)算器來實(shí)現(xiàn)高壓冷卻在銑刀上的最佳應(yīng)用(輸入機(jī)床的冷卻液流速和壓力、切削參數(shù)、軸向切深以及刀具參數(shù)等)。該計(jì)算器將算出最佳噴嘴尺寸，這樣可降低流量要求，同時(shí)保持所選孔在冷卻液通過時(shí)保持高壓流動(dòng)。

　　鈦合金的活性化學(xué)性質(zhì)，使其在加工過程中容易粘結(jié)在切削刃上。這種現(xiàn)象通常會(huì)引起切屑的再切削效應(yīng)和擠屑，從而影響刀具的壽命。在加工鈦合金和其它粘性材料時(shí)，高壓冷卻是防止工件材料粘接在切削刃上的一種常用方法。

　　工序的優(yōu)化

　　高壓冷卻加工不應(yīng)被視為補(bǔ)救其它應(yīng)用因素(如，不適合的刀片、不穩(wěn)定性和不正確的切削參數(shù)等)導(dǎo)致的缺點(diǎn)的手段。 這一技術(shù)是當(dāng)工序設(shè)定基本正確時(shí)的“優(yōu)化器”。 該概念在車削和銑削中為實(shí)現(xiàn)更短的加工時(shí)間、改善的零件質(zhì)量一致性以及更高的加工安全性提供了解決方法。

　　對(duì)各種加工工序優(yōu)化的需求，特別是當(dāng)對(duì)切屑形成和難加工材料的加工占主導(dǎo)地位時(shí)，已經(jīng)可以在機(jī)窗上普遍應(yīng)用的高壓冷卻技術(shù)無疑成為極具吸引力的選擇，。多任務(wù)機(jī)床以及新一代的立式車床的日益流行，已經(jīng)突顯出采用高壓冷卻加工的益處，從切屑控制的角度來看更是如此。由于制造商越來越廣泛地使用這些機(jī)床來加工難加工材料制成的航空零件，因此如何消除由于切屑的堆積而導(dǎo)致的麻煩就變得愈加重要。

      

　　圖1/圖2：CoroMill 690是一款專用于鈦合金加工的具有高壓冷卻能力的長(zhǎng)刃立銑刀。

　　圖3：CoroTurn HP 能夠產(chǎn)生平行的精確冷卻液噴射。

  

　　圖4/圖5：CoroTurn SL 將帶鋸齒形接口的切削刀頭與減振鏜桿相結(jié)合用于鏜削深度為10倍鏜桿直徑的大孔，也具備了高壓冷卻的能力。