航天工业对工具的需求有多大?
航空航天工业的零件加工需要大量的硬质合金刀具和陶瓷刀具。
随着钛合金、高温合金等难加工材料在航空航天工业中的广泛应用,如何正确选择和合理使用刀具进行高效、高质量的切削加工已经成为一个非常重要的工业课题。随着工件材料和工具材料及结构的相互促进,航空航天制造业不断发展。可以说,工具的不断发展是航天制造业不断发展的动力。
目前航空制造业广泛使用的刀具材料主要有以下几类:工具钢(碳素工具钢、合金工具钢、高速钢)、硬质合金、陶瓷、超硬刀具材料。其中,硬质合金工具占比最大,是航空制造业的主导工具,应用范围广泛。与硬质合金相比,陶瓷材料具有更高的硬度、热硬度和耐磨性,化学稳定性和抗氧化性也优于硬质合金。因此,陶瓷刀具已成为航空航天工业刀具发展的主流。
“在航天材料加工过程中,沟槽加工和孔加工都是加工难点。发动机盘类零件、轴类零件、箱体类零件的加工对加工刀具的要求非常高。因此,在这类零件的加工中使用高性能硬质合金标准刀具和硬质合金非标准刀具。”国际模具及五金塑料行业供应商协会秘书长、金模刀具网CEO罗百辉认为,实际加工中刀具的选择要考虑以下因素:工件材料、工件形状、加工要求、加工机床、系统刚性、表面质量和技术要求等。
以涡轮箱体零件为例,从工件材料分析发现,变形高温合金、铸造高温合金等难加工材料应用广泛。这些难加工材料导热系数低、比强度高、切削温度高、易产生加工硬化、刀具磨损快、刀具寿命短、刀具消耗高,因此需要合理选择刀具几何角度。从工件结构来看,壁薄,刚性差,加工难度大。加工零件的凸起部分时,刀具系统容易与零件和夹具发生干涉。因此,需要对刀具轨迹进行优化,如插铣代替侧铣、空行程快速进给、优化升降刀位置、螺旋插补铣削等。从加工工艺分析,机壳需要粗加工、半精加工和精加工。为了节约刀具成本,粗加工可以使用高性能陶瓷铣刀,半精加工和精加工可以使用标准硬质合金刀具和非仰角专用刀具,可以显著提高生产效率。从加工经济性方面来说,刀具配置方案需要不断改进,尽量采用刀具厂家开发的最新产品。罗百辉建议,在加工钛合金、高温合金等工件时,应优先选用华特的WSM35和WSP45刀片。当切削深度较小时,这两种刀片的切削速度可达70~150m/min。加工难切削材料工件时,将优先考虑涂层材料等级CP200和非涂层材料等级890两种刀片。这两种刀片是高温合金精加工和钛合金加工的两种高硬度超细颗粒材料级刀具,对不锈钢精加工也有很好的效果。
此外,还应使用进口品牌如Kenner、sandvik Coleman和iscar来加工高温合金、钛合金和FRP复合材料等耐火材料。
目前国内航天工具的发展和其他行业差不多。如果出现市场上现有工具无法解决的加工问题,特别是航空航天领域高科技产品加工中遇到的钛合金、铝镁合金等难加工材料和复合材料的加工问题,就需要工具供应商和用户密切合作,共同开发和试切专用工具。同时,工具制造商在产品面向市场之前,都经过了大量的实验和试切,以确保在加工过程中能够满足用户的各种需求。
中国航天工具协会常务副秘书长杨伟认为,国内工具企业能够提供的工具,大多是根据用户实际需求的专用工具,技术含量和产品质量都不是很高,市场上的通用工具不全、质量不高,用户在使用中仍然以进口工具为主。国际知名品牌,如山特维克可乐人、伊斯卡尔、肯纳、赛科、OSC等,在国内大城市都设有办事处,购买刀具非常方便,良好的售后服务和产品质量保障也使其竞争优势优于国内企业。在这样的竞争环境下,中国航天工具行业应充分发挥自主创新能力,实现应用型企业的工具国产化之路。
国际模具及五金塑料工业供应商协会秘书长罗百辉表示,工具供应商应该详细了解用户的真实需求,根据用户的实际需求提供用户最需要的产品。刀具供应商也要做好技术指导,提供刀具的详细信息,比如什么样的刀具适合加工什么样材料的工件,同时给出刀具的最佳切削参数。具体来说,用户希望刀具供应商派出的工程师不仅要熟悉国内外刀具、材料技术和发展趋势,还要熟悉金属切削技术,以及加工工艺,各类通用刀具和数控刀具的选择和应用,熟悉各类数控机床,能够独立编制加工工艺和刀具配置方案, 让用户能够更快的接触到全球最先进的工具技术,同时获得更好的高性价比工具产品和优质的售后服务。
“刀具供应商要不断了解用户的需求,不仅要为用户提供高质量的刀具,还要为用户提供可行的刀具解决方案,定期举办培训,向用户的技术人员传达先进的切削技术和高端的切削理念。”罗百辉指出,航天企业的切削技术可以通过有效的综合刀具技术支持来提高。这样工具制造商可以推广自己的先进工具,满足航空航天工业切削技术进步的需要,形成航空制造用户和工具供应商共赢的良好氛围。