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航天工業對工具的需求有多大?

航天產品的特殊性決定了航天零件對材料的特殊要求。如今,不銹鋼、鋁合金、鈦合金、高溫合金等難加工材料已廣泛應用於航空航天領域。新材料、新結構、新技術在航空航天工業中的逐步應用,使得航空航天零件的加工難度越來越大,進而導致需要使用大量高性能的標準刀具和專用刀具來滿足越來越高的加工要求。

航空航天工業的零件加工需要大量的硬質合金刀具和陶瓷刀具。

隨著鈦合金、高溫合金等難加工材料在航空航天工業中的廣泛應用,如何正確選擇和合理使用刀具進行高效、高質量的切削加工已經成為壹個非常重要的工業課題。隨著工件材料和工具材料及結構的相互促進,航空航天制造業不斷發展。可以說,工具的不斷發展是航天制造業不斷發展的動力。

目前航空制造業廣泛使用的刀具材料主要有以下幾類:工具鋼(碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼)、硬質合金、陶瓷、超硬刀具材料。其中,硬質合金工具占比最大,是航空制造業的主導工具,應用範圍廣泛。與硬質合金相比,陶瓷材料具有更高的硬度、熱硬度和耐磨性,化學穩定性和抗氧化性也優於硬質合金。因此,陶瓷刀具已成為航空航天工業刀具發展的主流。

“在航天材料加工過程中,溝槽加工和孔加工都是加工難點。發動機盤類零件、軸類零件、箱體類零件的加工對加工刀具的要求非常高。因此,在這類零件的加工中使用高性能硬質合金標準刀具和硬質合金非標準刀具。”國際模具及五金塑料行業供應商協會秘書長、金模刀具網CEO羅百輝認為,實際加工中刀具的選擇要考慮以下因素:工件材料、工件形狀、加工要求、加工機床、系統剛性、表面質量和技術要求等。

以渦輪箱體零件為例,從工件材料分析發現,變形高溫合金、鑄造高溫合金等難加工材料應用廣泛。這些難加工材料導熱系數低、比強度高、切削溫度高、易產生加工硬化、刀具磨損快、刀具壽命短、刀具消耗高,因此需要合理選擇刀具幾何角度。從工件結構來看,壁薄,剛性差,加工難度大。加工零件的凸起部分時,刀具系統容易與零件和夾具發生幹涉。因此,需要對刀具軌跡進行優化,如插銑代替側銑、空行程快速進給、優化升降刀位置、螺旋插補銑削等。從加工工藝分析,機殼需要粗加工、半精加工和精加工。為了節約刀具成本,粗加工可以使用高性能陶瓷銑刀,半精加工和精加工可以使用標準硬質合金刀具和非仰角專用刀具,可以顯著提高生產效率。從加工經濟性方面來說,刀具配置方案需要不斷改進,盡量采用刀具廠家開發的最新產品。羅百輝建議,在加工鈦合金、高溫合金等工件時,應優先選用華特的WSM35和WSP45刀片。當切削深度較小時,這兩種刀片的切削速度可達70~150m/min。加工難切削材料工件時,將優先考慮塗層材料等級CP200和非塗層材料等級890兩種刀片。這兩種刀片是高溫合金精加工和鈦合金加工的兩種高硬度超細顆粒材料級刀具,對不銹鋼精加工也有很好的效果。

此外,還應使用進口品牌如Kenner、sandvik Coleman和iscar來加工高溫合金、鈦合金和FRP復合材料等耐火材料。

目前國內航天工具的發展和其他行業差不多。如果出現市場上現有工具無法解決的加工問題,特別是航空航天領域高科技產品加工中遇到的鈦合金、鋁鎂合金等難加工材料和復合材料的加工問題,就需要工具供應商和用戶密切合作,共同開發和試切專用工具。同時,工具制造商在產品面向市場之前,都經過了大量的實驗和試切,以確保在加工過程中能夠滿足用戶的各種需求。

中國航天工具協會常務副秘書長楊偉認為,國內工具企業能夠提供的工具,大多是根據用戶實際需求的專用工具,技術含量和產品質量都不是很高,市場上的通用工具不全、質量不高,用戶在使用中仍然以進口工具為主。國際知名品牌,如山特維克可樂人、伊斯卡爾、肯納、賽科、OSC等,在國內大城市都設有辦事處,購買刀具非常方便,良好的售後服務和產品質量保障也使其競爭優勢優於國內企業。在這樣的競爭環境下,中國航天工具行業應充分發揮自主創新能力,實現應用型企業的工具國產化之路。

國際模具及五金塑料工業供應商協會秘書長羅百輝表示,工具供應商應該詳細了解用戶的真實需求,根據用戶的實際需求提供用戶最需要的產品。刀具供應商也要做好技術指導,提供刀具的詳細信息,比如什麽樣的刀具適合加工什麽樣材料的工件,同時給出刀具的最佳切削參數。具體來說,用戶希望刀具供應商派出的工程師不僅要熟悉國內外刀具、材料技術和發展趨勢,還要熟悉金屬切削技術,以及加工工藝,各類通用刀具和數控刀具的選擇和應用,熟悉各類數控機床,能夠獨立編制加工工藝和刀具配置方案, 讓用戶能夠更快的接觸到全球最先進的工具技術,同時獲得更好的高性價比工具產品和優質的售後服務。

“刀具供應商要不斷了解用戶的需求,不僅要為用戶提供高質量的刀具,還要為用戶提供可行的刀具解決方案,定期舉辦培訓,向用戶的技術人員傳達先進的切削技術和高端的切削理念。”羅百輝指出,航天企業的切削技術可以通過有效的綜合刀具技術支持來提高。這樣工具制造商可以推廣自己的先進工具,滿足航空航天工業切削技術進步的需要,形成航空制造用戶和工具供應商共贏的良好氛圍。