Walter 的 M2131 专为高速铝加工而设计。实现每分钟最佳立方体是整个加工系统的一项功能。
不难理解加工铝材对航空航天应用的重要性。大量使用铝，主要用于结构部件。加工系统专为高金属去除率 (MRR) 生产而设计，因为必须快速去除大量材料。
7000 系列铝由锌和镁或锌和铜，对提高 MRR 和产量同时提高质量提出了重大挑战。 7000 系列铝通常用于航空航天结构部件和蒙皮。他们要求e 高性能机器，通常是具有 30,000 rpm 主轴能力和 80 到 100 马力（60-75 千瓦）的五轴单元。
为本文撰稿的消息人士一致认为，该解决方案涉及最大限度地提高
完整的加工系统，包括机床、切削刀具和刀柄系统。
MRR 的系统方法
用于加工抗拉强度较高的铝合金，如 7075 和 7050，在锌是主要合金元素的情况下，Walter USA LLC（威斯康星州沃科夏）提供定制工具。产品经理 Luke Pollock 表示，“三刃硬质合金刀具在抑制和消除主轴振动的谐波方面做得最好。这些工具不是您日常使用的铝加工工具。 MB 266 整体硬质合金精加工刀具和 MB 265 整体硬质合金粗加工刀具旨在处理配备 30,000+ rpm 主轴的专用铝加工中心的高吞吐量，”Pollock 说。
它们能够以7000 系列铝材需要的升高的表面尺寸，以实现机翼结构和其他结构部件的高生产率深凹陷。 “这些工具设计用于在较高的地表进尺上运行，通常为 6,000 至 7,000 sfm，最高可达 10,000 sfm，”Pollock 说。 “如果主轴速度不超过 30,000 rpm，就很难使用较小的刀具最大限度地提高机器的 MRR，因此他们将使用更大的 2” 或 3”（51 或 76 毫米）刀具来实现更高的表面进尺。”
虽然 MB 266 和 MB 265 是整体硬质合金刀具，但 M2331 是一种可转位刀片刀具，带有 15 毫米或 20 毫米的硬质合金刀片，具有锋利的边缘、高前角和后角以及抛光面。
“我们建议使用收缩配合支架。就其本质而言，立铣刀刀柄会因为一侧的螺栓而产生很大的不平衡。使用冷缩刀柄，整个刀具和刀柄应动态平衡作为一个单元切入，以防止因高离心力而拉出。”
为避免积屑瘤 (BUE)，Pollock 表示刀片应抛光至非常光滑，几乎像镜面一样的光洁度。加上高前角和高后角，向上锋利的刀具可防止铝粘附在切削刀具的边缘并产生积屑瘤。 “此外，在大多数情况下，我们更喜欢未涂层的刀片，因为无论涂层多么薄，都可以减少锋利的边缘，增加摩擦系数并使边缘更粗糙。”
加工 7000 系列高的主要挑战抗拉强度铝与其他铝没有太大区别。 “取决于高 MRR 的吞吐量和周期时间是先进加工工艺的目标。刀具寿命并不是一个大问题，例如加工钢时，”他说。
瓦尔特专注于为特定客户零件提供整体解决方案。 “我们推荐使用哪些工具作为 w以及用于粗加工、精加工型腔底部、混合侧壁和型腔底部之间的圆角半径的工艺，以及哪种工艺可以以最低的成本提供最佳的循环时间和零件质量，”Pollock 说。
当机器性能提高并实际上优于工具时，工具就会升级。 “我们的 M2331 就是这种情况，它是 M2131 的升级版，因为我们想将机器推向极限，”他说。
能力、要求
大型铝坯通常被加工成整体航空零件。照片由 Makino Inc. 友情提供。如果您使用的是最新的高速专用加工中心，主轴转速为 30,000 rpm 及以上，或者 wi额定功率较低的旧机器。仅采用高速主轴并将其安装在通用机床上加工铝材不太可能产生最佳结果。
目前对具有正确设计特性的 7000 系列加工机床的需求很高Makino Inc.（俄亥俄州梅森）产品营销经理 David Ward 表示，航空铝材。 “绝大多数零件都需要加工整体结构部件。如果你剥掉一架喷气式飞机的外皮，你会看到一个骨架结构，肋骨由纵梁和前缘连接。所有这些部件都是从铝坯开始的，铝坯是一块大铝板，通过凹陷来挖空以减轻重量。”
铝是一种受马力限制的材料。这意味着您可以施加的功率越大，MRR 就越大。 Makino 专门打造的 MAG 系列配备 130 kW（174 hp）、33,000 rpm 的主轴。 “但这不仅仅是马力&mdash；这是为切削工具提供马力的地方，”Ward 说。 “我们以这样一种方式设计电机，使其在 28,000 rpm 时加速并达到全马力，并一直保持水平至 33,000 rpm，从而最大限度地提高 MRR。在使用插入式铣刀进行粗加工时，在 28,000 rpm 下达到全马力是有益的。这些刀具通常有转速限制。”
如果零件的几何形状不是很开放，并且零件由多个凹槽和薄壁组成，则选择的刀具是 1″ 立铣刀，根据到沃德。 “如果你有一个小口袋，比如每条腿上有 1.5-2 英寸（38-51 毫米），你将花费大量时间进入这些口袋并在这些口袋的周围移动。能够以 62 m/min 的速度快速进给很重要，但线性轴的加速/减速率也很重要。”
在加工 2″ 型腔时，“你永远不会达到那个速度，因为尽快当你开始加速到你必须做一个直角变化的速度时，由于零件的几何形状，你必须在 Y 方向上升，然后在 X 方向上升，”Ward 指出。 “线性轴以 1 G 加速并改变加速度的能力（称为加加速度）使进出直线运动的导程平滑。”
MAG 机器中水平主轴的运动范围据沃德说，上下倾斜允许切屑和冷却液在重力作用下流走。 A轴允许主轴上下倾斜±110º。 C 轴在主轴后面，是一个无限控制的旋转轴，用于围绕型腔定位。这种旋转轴运动范围允许操作员在一次夹紧中接触零件的五个侧面。
热装刀柄和平衡刀柄中的刀具至关重要。 “在 33,000 rpm 时，少量的不平衡会成为切割系统的巨大力量，”Ward 说。 “所有工具都必须平衡到 2.5 G。HSK A——它有两个驱动键，一个位置比另一个低——应该避免，而应该使用没有驱动键的 HSK F，”Ward 说。
减少移除的每个立方体的 HP
使用 Haimer Tool Dynamic TD Comfort 平衡系统的工具平衡在 K&G Manufacturing 被认为具有卓越的零件质量和工艺性能，它在一个新的 20,000 rpm 加工中心。照片由 Niagara Cutter LLC（宾夕法尼亚州雷诺兹维尔）实心工具销售经理 HaimerJoel Radner 和 Seco Tools LLC（密歇根州特洛伊）实心工具高级产品专家 Eric Gardner 提供，概述了最大化 MRR 的策略用于加工航空航天铝材，如 7000 系列，以及更新的研磨材料就像铝锂。 Niagara Cutter 的主要关注点是主轴转速低于 20,000 rpm 的更广阔市场。对于使用超过 20,000 rpm 和高达 30,000 rpm 的主轴速度的典型航空航天结构部件的高 MRR 铝应用，推荐使用山高刀具 Jabro 整体硬质合金刀具。
山高的 Jabro 整体硬质合金刀具立铣刀产品线具有两种主要几何形状：用于粗加工和精加工的锯齿状边缘粗刀和非锯齿状边缘。 “刀具和刀具夹持系统的选择基于它们在主轴转速接近 30,000 rpm、高达 120 kW 的功率和高加速/减速能力的特定应用机床中最大化 MRR 的能力，”Radner 说。
“用于航空航天结构应用的 7000 系列铝加工通常首先使用可转位刀片铣刀粗加工较大的外部特征，”他继续说道。 “然后，其余内部零件特征使用硬质合金立铣刀进行粗加工和精加工。降低每立方英寸材料去除所需功率的关键在于机床主轴、锋利和大前角切削刀具以及适当平衡的刀架的正确组合。每个工具都必须在其支架中作为一个组件进行平衡。具有出色同心度并提供高夹持力的高质量刀具夹持系统对于以推荐参数驱动当今的刀具是必不可少的。”
在加工磨蚀性铝锂时，铝锂的加工难度明显高于 7075或 7050 铝，除了锋利的刀具外，商店还需要一种带有耐磨涂层的工具，据加德纳说。 “许多用于可转位刀具的硬质合金刀片都非常锋利，具有高前角，但如果没有耐磨涂层，它们在加工铝锂时往往会很快磨损，”他说。
要确保耐磨性Gardner 建议选择亚微米级整体硬质合金，同时保持易切削、锋利的边缘和长刀具寿命。具有高硬度和润滑性的涂层可确保切屑在切削表面上自由流动并且不会粘附在切削刀具上，从而防止 BUE 或磨损，从而缩短刀具寿命并对零件质量产生负面影响。高质量的刀柄系统提供同心度以最大限度地减少跳动，并具有很大的质量和较短的标距长度以最大限度地提高 MRR。
建议使用热胀配合刀柄，并且应通过 TAP 测试建立动态谐波特征 (一种评估工具）用于振动分析，他说。
Radner 还建议通过振动分析来建立稳定波瓣区域，或具有无颤振机器谐波的区域，这对于最大 MRR 是绝对必要的。 Gardner 指出，转速越高，主轴转速稳定区越窄。 “事实上，将主轴速度改变 500 或 1,000 rpm can 使机器从完全稳定的切割状态进入高颤振状态。如果您有两种不同的刀具，刀具伸出量有 1 英寸 [25.4 毫米] 的差异，将会有一个完全不同的稳定性图表，”Gardner 指出。
高生产率铝加工
通常，几乎任何机器都可用于切割铝；然而，根据 OSG USA Inc.（伊利诺伊州格伦代尔海茨）工程生产经理 Tyler Hashizume 的说法，配备高速主轴的机器是理想的，尤其是在需要高生产率的情况下。 “机器的大小将取决于零件的大小，”他说。 “例如，肋骨等大型航空航天零件在功能强大的高速机床（如 Makino 的 MAG 机床）上加工效率最高。”
必须专门为这些机床设计切削工具，以最大限度地发挥其能力，他说。 “无涂层工具通常用于加工铝，因为它们可以非常锋利的。但应注意选择合适的切削速度，并使用良好的冷却液来控制热量。无论工具是否有涂层，水溶性油是最好的，因为它提供了润滑和冷却的平衡。”
Hashizume 解释说，防止焊接最重要的两件事是工具涂层和冷却剂. “对于硅含量较低的铝合金，DLC [类金刚石碳]涂层由于其高润滑性和低摩擦系数而适用于机加工。对于硅含量较高的铸铝，由于材料的磨蚀性，DLC容易磨损。金刚石涂层比 DLC 涂层更合适，因为它更硬并且可以防止切削刃磨损。”
为了有效地排出切屑，需要大排屑槽。 “如果没有良好的排屑，切屑可能会堆积在排屑槽中，然后由于切削热而软化并焊接到刀具上。另一种改进方法排屑是为了抛光出屑槽，从而提供光滑的表面。为了最大限度地减少切削热，切削几何形状应尽可能锋利。”
航空航天材料异常值
TAP 在 Modig CNC 机器上测试 Fischer USA 125 kW、30,000 rpm 主轴。 HSK 63、230 mm 直径刀具正用于整体铝制机身的高 MRR 加工。照片由 Fischer USA Inc. 友情提供。向航空航天加工供应链中的任何人询问有关钛铝 (TiAl) 的问题，您会得到一切，从知识渊博的讨论到对加工金属间化合物材料的困难的认可。 TiAl 为喷气发动机机翼提供了广阔的前景，因为它更轻并且可以吸收大量热量。喷气发动机，如 LEAP 和 Gear风扇可以更清洁、更高效地燃烧燃料。然而，这种材料对机床提出了重大挑战，包括
车铣床和五轴立式加工中心，它们必须更硬并且更一致地控制切削刃处的热量。
硬质合金切削工具具有特殊刃口处理的钛铝材料在机加工 TiAl 方面取得了最大的成功，TiAl 具有高磨蚀性、易碎性，并且在机加工压力下容易变形或扭曲。
根据 Horn USA Inc. 技术培训师 Edwin Tonne 的说法（ Franklin, TN)，加工铝化钛的最大挑战是找到合适的刃口几何形状以避免积屑瘤。 “对于更广泛应用的材料，如 Ti6Al-4V（5 级），具有小边缘准备的正常锋利几何形状是合适的，并且可以经济地用于 α/β 和 β 相钛合金。根据我过去的经验，钛铝化物拒绝常规惯例，并且很容易加工出锋利的几何形状和小心l 牌号的选择。”
Tonne 说，他过去的测试表明，具有锋利切削刃的磨削几何形状是最经济的。他建议避免完全烧结的刀片或切削工具，特别是因为边缘准备通常太大，而是寻找径向珩磨小于 0.025 毫米的选项。
“具有 ISO S10- 硬度的微晶碳化物S30 系列是合适的，并且可以在较低的切削速度下保持边缘清晰度，”他说。 “摩擦系数极低、表面光滑、边缘附着力好的涂层是最合适的。二硼化钛 (TiB2) 涂层非常符合这些要求。它们可以应用于非常锋利的切削刃，而没有剥落或分层的风险。一般来说，当使用具有锋利边缘的刀具时，可以使用与 Ti1023 等 β 钛类似的参数来加工铝化钛。”
编者按：彻底讨论机床的挑战ining TiAl，“用于新型铝复合材料的切削工具”，可在《制造工程》2017 年 1 月号中找到。
