山特維克可樂(lè)滿刀具和工藝支持難加工型HRSA高溫合金零件的高品質(zhì)加工
根據(jù)英國(guó)政府發(fā)布的《英國(guó)創(chuàng)新戰(zhàn)略》：“Good design is, for people and the planet, an increasingly critical focus” (出色的設(shè)計(jì)，無(wú)論對(duì)于人類還是地球，都越來(lái)越成為至關(guān)重要的焦點(diǎn))。這包括：在航空航天業(yè)，未來(lái)的飛機(jī)將必須能夠以更符合可持續(xù)發(fā)展理念的方式飛行，助力全球‘凈零’目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。在這里，山特維克可樂(lè)滿航空航天業(yè)務(wù)的工業(yè)與技術(shù)中心經(jīng)理Steve Weston闡釋了為何說(shuō)：經(jīng)過(guò)優(yōu)化的刀具和工藝知識(shí)將對(duì)航空航天業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和創(chuàng)新起到至關(guān)重要的作用，尤其是使用越來(lái)越難加工的材料時(shí)。
未來(lái)的可持續(xù)發(fā)展型飛機(jī)將越來(lái)越依賴新一代以粉料為基礎(chǔ)的高溫合金以及先進(jìn)的陶瓷基復(fù)合材料，因?yàn)樗鼈兡軌虻钟邷兀瑥亩岣呷剂系娜紵屎蜏p少排放。這些材料必須能夠在極端溫度下耐熱、抗蠕變和保持良好的材料屬性。這對(duì)機(jī)械加工階段構(gòu)成了重重挑戰(zhàn)。
根據(jù)《英國(guó)創(chuàng)新戰(zhàn)略》報(bào)告：對(duì)于這些先進(jìn)材料的大規(guī)模生產(chǎn)和加工，新技術(shù)和工藝將是關(guān)鍵。另外整個(gè)行業(yè)的內(nèi)部合作也是必不可少的，這一點(diǎn)已經(jīng)在英國(guó)謝菲爾德先進(jìn)制造研究中心 (Advanced Manufacturing Research Centre，AMRC) 得到了證實(shí)。
山特維克可樂(lè)滿是AMRC 2000年初創(chuàng)時(shí)的元老成員之一，此外還有波音公司和梅西埃道蒂公司。后續(xù)又有其他公司加入，包括英國(guó)航空航天、勞斯萊斯、吉?jiǎng)P恩航宇和空中客車等。到今天，AMRC已經(jīng)擁有總計(jì)大約118家成員企業(yè)。該中心的大多數(shù)項(xiàng)目本質(zhì)上都是合作式的，由所有成員共同出資和選擇。AMRC如今在全球雇傭超過(guò)500名高素養(yǎng)研究員和工程師。傾盡全力專注數(shù)百萬(wàn)英鎊級(jí)的大項(xiàng)目，助力構(gòu)建強(qiáng)大的“專業(yè)創(chuàng)新”經(jīng)濟(jì)。
對(duì)于航空航天業(yè)，“可持續(xù)發(fā)展”的新技術(shù)和工藝應(yīng)當(dāng)聚焦的能力是：燃燒新型燃料，例如可持續(xù)發(fā)展型飛機(jī)燃料和液態(tài)氫，以此減少排放。沒(méi)有例外，若想在更高溫的環(huán)境運(yùn)行，就要提高燃料的燃燒效率。如果我們?cè)偌由细叩膲嚎s比 (大多數(shù)未來(lái)型新款發(fā)動(dòng)機(jī)都能支持這一點(diǎn))，那么就能獲得更高效率。這意味著燃燒的燃料減少了，且功率增加、噪音降低。
創(chuàng)新，為了可持續(xù)發(fā)展
對(duì)于航空航天業(yè)所應(yīng)用的發(fā)動(dòng)機(jī)，其核心相對(duì)較小，而前端風(fēng)扇相對(duì)較大。因此就產(chǎn)生了一個(gè)制約因素：風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速能夠有多快？為了解決這個(gè)難題，經(jīng)過(guò)*近五到十年的發(fā)展，風(fēng)扇和發(fā)動(dòng)機(jī)核心之間被新增了一個(gè)裝置：變速箱。得益于此，風(fēng)扇可以降低轉(zhuǎn)速，而發(fā)動(dòng)機(jī)核心轉(zhuǎn)得更快，由此獲得較高的壓縮效率和更優(yōu)的燃料效率。
但是，需要HRSA高溫合金零件來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。這類材料的成分均經(jīng)過(guò)冶金工藝重組，以此使它們即便在極端高溫環(huán)境也能保持屬性不變。但這同時(shí)也意味著加工這些材料時(shí)所生成的應(yīng)力是巨大的。這些以鎳、鐵和鈷為基礎(chǔ)的高溫合金在接近熔點(diǎn)時(shí)還依然穩(wěn)如泰山 — 這一方面是獨(dú)特能力，另一方面也使它們的切削加工性普遍較差。
在航空航天業(yè)應(yīng)用越來(lái)越多的一個(gè)零件是整體葉盤，包括轉(zhuǎn)盤和葉片兩部分。整體葉盤與傳統(tǒng)葉盤的區(qū)別在于：后者的葉片卡入外徑上的卡槽；而前者將轉(zhuǎn)盤和葉片集成于同一個(gè)部件，且重量輕于傳統(tǒng)的“轉(zhuǎn)盤 + 葉片”組合。得益于此，壓縮機(jī)的零件數(shù)量減少了，同時(shí)降低了阻力且將發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的空氣壓縮效率提升了大約8%。
整體葉盤通常與飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的制冷壓縮機(jī)位于同一側(cè)，一般在開(kāi)始部分采用鈦金屬材質(zhì)，但在靠近燃燒室的部位融入HRSA高溫合金材料。若要根據(jù)*高標(biāo)準(zhǔn)高效加工這些零件，必須具備與這些先進(jìn)材料相關(guān)的優(yōu)化刀具和工藝知識(shí)。
因此，山特維克可樂(lè)滿的內(nèi)部項(xiàng)目大量關(guān)注各種關(guān)鍵的航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)零件和特性，包括轉(zhuǎn)盤、整體葉盤、軸桿、機(jī)匣，等等。尤其值得一提的是，我們看到如今的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)越來(lái)越多使用整體葉盤，我們也希望這個(gè)趨勢(shì)延續(xù)下去，因?yàn)檫@樣一來(lái)，當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的*后一點(diǎn)潛在能量和燃料效率都被充分挖掘出來(lái)了，沒(méi)有絲毫浪費(fèi)。
但是我們還要面對(duì)一個(gè)事實(shí)：整體葉盤的加工挑戰(zhàn)尤其大，因?yàn)樗鼈兺捎肏RSA高溫合金材質(zhì)。因此，零件在尺寸和形狀方面的誤差要求非常嚴(yán)格，同時(shí)又要保持高水準(zhǔn)的表面完整性和表面質(zhì)量。
更可靠的加工
為了應(yīng)對(duì)上述加工挑戰(zhàn)，山特維克可樂(lè)滿提供大量刀具解決方案，助力實(shí)現(xiàn)具備成本效益的高品質(zhì)航空航天零件加工。山特維克可樂(lè)滿所推薦的其中一個(gè)方案是：高進(jìn)給側(cè)面銑削。這種工藝涉及對(duì)工件的徑向小幅吃刀，從而提升了切削速度和進(jìn)給率并實(shí)現(xiàn)了熱量更低、切屑更薄和徑向力更小的軸向切深。
為了支持這種方案，山特維克可樂(lè)滿研制出CoroMill? Plura HFS高進(jìn)給側(cè)面銑削系列。該系列主打具備獨(dú)特槽型和刀片的立銑刀，包括兩個(gè)子系列。其中一個(gè)子系列專為鈦合金而優(yōu)化，另一個(gè)子系列則專屬于鎳基合金。排屑和熱量是鈦金屬加工的獨(dú)特挑戰(zhàn)，因此*個(gè)子系列中包括一款適用于常規(guī)排屑條件的整體式刀具。第二個(gè)子系列采用內(nèi)冷設(shè)計(jì)和全新冷卻增壓技術(shù)，以此實(shí)現(xiàn)出色的切屑和溫度控制。
曾有客戶進(jìn)行了12毫米直徑CoroMill? Plura HFS立銑刀與同尺寸競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手刀具的試用對(duì)比。此次試用主要是使用臥式機(jī)床中心加工一種由沃斯帕洛伊 (Waspaloy 420) 鎳基合金打造的低壓渦輪機(jī) (LPT) 機(jī)匣 (增大軸向切深，縮小徑向切深)。試用結(jié)果是：CoroMill? Plura的金屬去除率大幅提升，由此使客戶生產(chǎn)率猛增198%。該方案還應(yīng)用于整體葉盤以及渦輪盤和機(jī)匣，用于加工葉片和減重花邊。
此外山特維克可樂(lè)滿還提供其他解決方案，例如其新一代車削刀片材質(zhì) — 既包括硬質(zhì)合金，也包括多晶立方氮化硼 (PCBN) — 專為ISO S零件的高速精車而設(shè)計(jì)。與此相對(duì)應(yīng)的是新一代陶瓷粗車材質(zhì)，專注*性能。*新的精加工刀片材質(zhì)正在被山特維克可樂(lè)滿測(cè)試和優(yōu)化，以期滿足航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)制造不可或缺的要求：更穩(wěn)定一致的表面完整性，同時(shí)也旨在以更小的誤差實(shí)現(xiàn)零件生產(chǎn)的穩(wěn)定一致性。
未來(lái)
正如《英國(guó)創(chuàng)新戰(zhàn)略》報(bào)告所言：諸如AMRC這樣的全球創(chuàng)新中心將繼續(xù)看到“各種規(guī)模的企業(yè)不斷創(chuàng)造出突破性的新產(chǎn)品，提高效率，擴(kuò)大規(guī)模，羽翼漸豐 — 無(wú)一不放眼全球以及本地市場(chǎng)。”
像整體葉盤這樣的HRSA高溫合金零件也將在未來(lái)可持續(xù)發(fā)展型飛機(jī)中得到越來(lái)越普遍的應(yīng)用。當(dāng)然，還有其他創(chuàng)新，例如山特維克可樂(lè)滿在AMRC合作的一家*的航空航天制造商正在研制更大型的“超級(jí)風(fēng)扇”型發(fā)動(dòng)機(jī)，以期打造能夠應(yīng)用生物燃料的超級(jí)節(jié)能型設(shè)計(jì)。除此以外的其他關(guān)鍵創(chuàng)新還包括靈活的樹(shù)脂傳遞成型葉片，能夠在風(fēng)扇轉(zhuǎn)速提升時(shí)散開(kāi)。這些技術(shù)在中型單通道飛機(jī)中已經(jīng)非常普遍，如Airbus A321機(jī)型。
關(guān)于未來(lái)的預(yù)測(cè)還有很多，例如中型飛機(jī)將率先應(yīng)用氫燃料，而較小型的國(guó)內(nèi)班機(jī)將成為“電動(dòng)飛機(jī)”夢(mèng)想的驅(qū)動(dòng)力。現(xiàn)在已經(jīng)有很多小型初創(chuàng)企業(yè)為飛機(jī)打造較小型的電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)；而據(jù)CNBC (美國(guó)消費(fèi)者新聞與商業(yè)頻道) 報(bào)道：到2040年，全球“空中飛車” — 也就是電動(dòng)空中出租車 的市場(chǎng)價(jià)值將增加至1.5萬(wàn)億美元。未來(lái)的著陸點(diǎn)可能形成區(qū)域化的特點(diǎn)。例如歐洲乘客如果想要短途旅行 (例如在歐洲范圍內(nèi))，可能會(huì)選擇乘坐氫燃料的飛機(jī)；而如果想要前往更遠(yuǎn)的地方 (如美國(guó))，則可能選擇乘坐生物燃料的飛機(jī)。
從零件角度而言，這些應(yīng)用將依賴于新一代材料，而山特維克可樂(lè)滿的優(yōu)化刀具解決方案及其廣泛工藝和應(yīng)用知識(shí)均已涉及這些材料。山特維克可樂(lè)滿和AMRC將攜手共進(jìn)，保證航空航天業(yè)的*制造商以及整個(gè)人類和地球共同享有優(yōu)化的工藝設(shè)計(jì)。
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