高温运行

挑战：高效加工HRSA高温合金航空航天发动机零件。

解决方案：制定一个平衡的整体解决方案，包括机床、刀具、槽型和刀具材料以及加工策略。

高温合金 (HRSA) 是喷气式发动机压缩机和涡轮零件的主导材质。用于这些应用的最主要材料是镍基合金，例如Inconel、Waspaloy和Udimet。
不同HRSA高温合金的属性有很大区别，主要取决于成分和生产工艺。热处理尤其具有重要的意义，沉淀硬化的，即“时效的”零件在硬度上可超出软化退火的或称未经处理的工件两倍之多
越来越严格的排放法规要求新的发动机类型具有更高的维护温度且要求最热零件使用新材质。此外，喷气式发动机中HRSA高温合金的用量相比其他材质越来越多。
但是，HRSA的益处本身也为生产制造带来挑战：高温强度导致高切削力。低导热性和出色的可硬化性导致高切削温度。加工硬化趋势加剧了沟槽磨损。

HRSA轴零件。

零件 — 涡轮盘、机匣、整体叶盘和轴 — 使得工件加工要求高，其中很多都是薄壁，形状复杂。这些安全攸关的发动机零件必须符合严苛的质量和尺寸精度标准。
成功的先决条件包括大功率机床、刚性好的刀具、性能优良的刀片以及优化的编程。首选的方法不尽相同。通常，盘、环和轴零件采用车削加工，而机匣和整体叶盘往往采用铣削加工。
HRSA的加工一般分为三个阶段。在第一阶段加工 (FSM)，铸造或锻造毛坯获得基本形状。工件通常呈软态 (一般硬度为大约25 HRC)，但是通常表面粗糙不平或呈鳞片状。主要的重点是生产率高和高效的毛料去除率。
在第一阶段和中间 (ISM) 阶段之间，工件经过热处理，所以硬度更高，达到了“时效”状态 (硬度通常大约为36–46 HRC)。现在，零件实现了最终形状，除了加工预留量。焦点还是生产率，但是加工安全性也重要。

HRSA涡轮盘第一、中间和最后加工阶段。

最终形状和表面质量在加工最后阶段 (LSM) 实现。这里的重点是表面质量、精准的尺寸误差及避免变形和残余应力过量。对于关键性的旋转式零件，疲劳性能是最重要的标准，表面不允许有任何缺陷，否则可能造成裂纹。通过久经考验和认证的加工过程保证关键零件的可靠性。
对于可转位刀片的常规要求包括出色的切削刃韧性以及基体和涂层之间的强力粘合性。尽管会使用负前角基本形状以实现高强度和经济性，但是槽型应当是正前角。
加工HRSA时应当总是使用冷却液，除非用陶瓷刀片进行铣削加工。陶瓷刀片需要的流量大，而硬质合金则必须保证液流的准确性。使用硬质合金刀片时，如果冷却液压力高，则益处更多，包括刀具寿命长、切屑控制高效。
加工参数不尽相同，主要取决于具体条件和材料本身。第一加工阶段，主要目标是高生产率，通过高进给和大切深实现。对于中间阶段加工，陶瓷刀片往往用于更高速度的加工。最终阶段聚焦质量，切深较小。由于切削速度高可能有损表面质量，所以使用硬质合金刀片进行精加工。

涡轮盘是由先进材质打造的关键性零件，要求加工安全性高，且需要优化的切削刀具和解决方案。

塑性变形和沟槽磨损是硬质合金刀片的典型磨损状态，而陶瓷材质常见的是顶层剥落。通过提高耐磨能力和热硬性可以降低塑性变形的易感性。正前角槽型和锋利的切削刃对于减少热量生成和降低切削力也是非常重要的。对于主切削刃的沟槽磨损，应对方法包括使用方刀片或圆刀片或者是小于刀尖半径的切深。
PVD涂层刀片的主切削刃更易产生沟槽磨损，而CVD涂层刀片的后刀面抵抗沟槽磨损的能力更强。在精加工阶段，后刀面的沟槽磨损可能有损表面质量。

总结

HRSA发动机零件的高效加工需要全面平衡的整体解决方案，尤其要考虑诸如工件状态、刀具材质和相关切削参数建议、冷却液的使用以及优化的加工策略等因素。

用于HRSA中间和最后阶段加工的刀具包括用于精加工和中间加工阶段的锐利的正前角槽型以及用于更需要韧性之工序的槽型。