山特維克可樂滿刀具和工藝支持難加工型HRSA高溫合金零件的高品質加工
根據(jù)英國政府發(fā)布的《英國創(chuàng)新戰(zhàn)略》：“Good design is, for people and the planet, an increasingly critical focus” (出色的設計，無論對于人類還是地球，都越來越成為至關重要的焦點)。這包括：在航空航天業(yè)，未來的飛機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’目標的實現(xiàn)。在這里，山特維克可樂滿航空航天業(yè)務的工業(yè)與技術中心經(jīng)理Steve Weston闡釋了為何說：經(jīng)過優(yōu)化的刀具和工藝知識將對航空航天業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和創(chuàng)新起到至關重要的作用，尤其是使用越來越難加工的材料時。
未來的可持續(xù)發(fā)展型飛機將越來越依賴新一代以粉料為基礎的高溫合金以及先進的陶瓷基復合材料，因為它們能夠抵御高溫，從而提高燃料的燃燒效率和減少排放。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。這對機械加工階段構成了重重挑戰(zhàn)。
根據(jù)《英國創(chuàng)新戰(zhàn)略》報告：對于這些先進材料的大規(guī)模生產(chǎn)和加工，新技術和工藝將是關鍵。另外整個行業(yè)的內(nèi)部合作也是必不可少的，這一點已經(jīng)在英國謝菲爾德先進制造研究中心 (Advanced Manufacturing Research Centre，AMRC) 得到了證實。
山特維克可樂滿是AMRC 2000年初創(chuàng)時的元老成員之一，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，包括英國航空航天、勞斯萊斯、吉凱恩航宇和空中客車等。到今天，AMRC已經(jīng)擁有總計大約118家成員企業(yè)。該中心的大多數(shù)項目本質上都是合作式的，由所有成員共同出資和選擇。AMRC如今在全球雇傭超過500名高素養(yǎng)研究員和工程師。傾盡全力專注數(shù)百萬英鎊級的大項目，助力構建強大的“專業(yè)創(chuàng)新”經(jīng)濟。
對于航空航天業(yè)，“可持續(xù)發(fā)展”的新技術和工藝應當聚焦的能力是：燃燒新型燃料，例如可持續(xù)發(fā)展型飛機燃料和液態(tài)氫，以此減少排放。沒有例外，若想在更高溫的環(huán)境運行，就要提高燃料的燃燒效率。如果我們再加上更高的壓縮比 (大多數(shù)未來型新款發(fā)動機都能支持這一點)，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
對于航空航天業(yè)所應用的發(fā)動機，其核心相對較小，而前端風扇相對較大。因此就產(chǎn)生了一個制約因素：風扇的轉速能夠有多快？為了解決這個難題，經(jīng)過*近五到十年的發(fā)展，風扇和發(fā)動機核心之間被新增了一個裝置：變速箱。得益于此，風扇可以降低轉速，而發(fā)動機核心轉得更快，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高溫合金零件來實現(xiàn)這一點。這類材料的成分均經(jīng)過冶金工藝重組，以此使它們即便在極端高溫環(huán)境也能保持屬性不變。但這同時也意味著加工這些材料時所生成的應力是巨大的。這些以鎳、鐵和鈷為基礎的高溫合金在接近熔點時還依然穩(wěn)如泰山 — 這一方面是獨特能力，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)應用越來越多的一個零件是整體葉盤，包括轉盤和葉片兩部分。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；而前者將轉盤和葉片集成于同一個部件，且重量輕于傳統(tǒng)的“轉盤 + 葉片”組合。得益于此，壓縮機的零件數(shù)量減少了，同時降低了阻力且將發(fā)動機內(nèi)的空氣壓縮效率提升了大約8%。
整體葉盤通常與飛機發(fā)動機的制冷壓縮機位于同一側，一般在開始部分采用鈦金屬材質，但在靠近燃燒室的部位融入HRSA高溫合金材料。若要根據(jù)*高標準高效加工這些零件，必須具備與這些先進材料相關的優(yōu)化刀具和工藝知識。
因此，山特維克可樂滿的內(nèi)部項目大量關注各種關鍵的航空航天發(fā)動機零件和特性，包括轉盤、整體葉盤、軸桿、機匣，等等。尤其值得一提的是，我們看到如今的燃氣渦輪發(fā)動機越來越多使用整體葉盤，我們也希望這個趨勢延續(xù)下去，因為這樣一來，當前發(fā)動機結構的*后一點潛在能量和燃料效率都被充分挖掘出來了，沒有絲毫浪費。
但是我們還要面對一個事實：整體葉盤的加工挑戰(zhàn)尤其大，因為它們往往采用HRSA高溫合金材質。因此，零件在尺寸和形狀方面的誤差要求非常嚴格，同時又要保持高水準的表面完整性和表面質量。
更可靠的加工
為了應對上述加工挑戰(zhàn)，山特維克可樂滿提供大量刀具解決方案，助力實現(xiàn)具備成本效益的高品質航空航天零件加工。山特維克可樂滿所推薦的其中一個方案是：高進給側面銑削。這種工藝涉及對工件的徑向小幅吃刀，從而提升了切削速度和進給率并實現(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，山特維克可樂滿研制出CoroMill? Plura HFS高進給側面銑削系列。該系列主打具備獨特槽型和刀片的立銑刀，包括兩個子系列。其中一個子系列專為鈦合金而優(yōu)化，另一個子系列則專屬于鎳基合金。排屑和熱量是鈦金屬加工的獨特挑戰(zhàn)，因此*個子系列中包括一款適用于常規(guī)排屑條件的整體式刀具。第二個子系列采用內(nèi)冷設計和全新冷卻增壓技術，以此實現(xiàn)出色的切屑和溫度控制。
曾有客戶進行了12毫米直徑CoroMill? Plura HFS立銑刀與同尺寸競爭對手刀具的試用對比。此次試用主要是使用臥式機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 (LPT) 機匣 (增大軸向切深，縮小徑向切深)。試用結果是：CoroMill? Plura的金屬去除率大幅提升，由此使客戶生產(chǎn)率猛增198%。該方案還應用于整體葉盤以及渦輪盤和機匣，用于加工葉片和減重花邊。
此外山特維克可樂滿還提供其他解決方案，例如其新一代車削刀片材質 — 既包括硬質合金，也包括多晶立方氮化硼 (PCBN) — 專為ISO S零件的高速精車而設計。與此相對應的是新一代陶瓷粗車材質，專注*性能。*新的精加工刀片材質正在被山特維克可樂滿測試和優(yōu)化，以期滿足航空航天發(fā)動機制造不可或缺的要求：更穩(wěn)定一致的表面完整性，同時也旨在以更小的誤差實現(xiàn)零件生產(chǎn)的穩(wěn)定一致性。
未來
正如《英國創(chuàng)新戰(zhàn)略》報告所言：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，擴大規(guī)模，羽翼漸豐 — 無一不放眼全球以及本地市場。”
像整體葉盤這樣的HRSA高溫合金零件也將在未來可持續(xù)發(fā)展型飛機中得到越來越普遍的應用。當然，還有其他創(chuàng)新，例如山特維克可樂滿在AMRC合作的一家*的航空航天制造商正在研制更大型的“超級風扇”型發(fā)動機，以期打造能夠應用生物燃料的超級節(jié)能型設計。除此以外的其他關鍵創(chuàng)新還包括靈活的樹脂傳遞成型葉片，能夠在風扇轉速提升時散開。這些技術在中型單通道飛機中已經(jīng)非常普遍，如Airbus A321機型。
關于未來的預測還有很多，例如中型飛機將率先應用氫燃料，而較小型的國內(nèi)班機將成為“電動飛機”夢想的驅動力�，F(xiàn)在已經(jīng)有很多小型初創(chuàng)企業(yè)為飛機打造較小型的電動發(fā)動機；而據(jù)CNBC (美國消費者新聞與商業(yè)頻道) 報道：到2040年，全球“空中飛車” — 也就是電動空中出租車 的市場價值將增加至1.5萬億美元。未來的著陸點可能形成區(qū)域化的特點。例如歐洲乘客如果想要短途旅行 (例如在歐洲范圍內(nèi))，可能會選擇乘坐氫燃料的飛機；而如果想要前往更遠的地方 (如美國)，則可能選擇乘坐生物燃料的飛機。
從零件角度而言，這些應用將依賴于新一代材料，而山特維克可樂滿的優(yōu)化刀具解決方案及其廣泛工藝和應用知識均已涉及這些材料。山特維克可樂滿和AMRC將攜手共進，保證航空航天業(yè)的*制造商以及整個人類和地球共同享有優(yōu)化的工藝設計。
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