對蒸汽和燃氣輪機而言，葉片製造是主要生產成（chéng）本之一。使用難以加工的高溫（wēn）合金和材料，無疑增加了（le）加工工藝成本（běn）。因此，人們迫切需要創新（xīn）的加工解決方案。瓦爾特還是首次提出適合量產的二氧化碳低溫冷卻（què）概（gài）念。

　　帶（dài）葉片加工本身是一門科學。過去，葉片製造廠麵臨的是設備問題；當今，主要麵臨葉片材（cái）料給加工帶來的頭疼問題。為了進一步（bù）優化效率，渦（wō）輪機設計師正在尋求提高輸（shū）入更（gèng）高溫度的最佳解決（jué）方案。因為需（xū）要采用（yòng）特殊材料才（cái）能滿（mǎn）足高溫要（yào）求，所（suǒ）以會增加葉片的製造成本（běn）。傳統的鐵（tiě）素體、馬（mǎ）氏體和奧氏體渦輪機鋼材不再適合（hé）高溫要求，取（qǔ）而代之的是鎳基高溫（wēn）合金。但（dàn）是，這（zhè）類材料需要（yào）更長的加工時間。從這個意義上說，最重要（yào）的因素是采用相互匹配的創新型刀具和加工（gōng）概念（niàn）來控製製造成本，例如能見實效的高性能冷卻加工概念。

　　總（zǒng）部位於圖賓根（gēn）的瓦爾特（tè）專為能源行業研製刀具和加工方案的曆史非常悠久。“幾十年來（lái），能源生產已成為我們（men）專注的主要行業（yè）之一，”瓦爾特業務發展部經理AndreasElenz強調（diào），我們是所（suǒ）有關鍵零件的全方位服務提供商，當然包括葉片。這意味著從保證最大金屬去除率的可轉位（wèi）刀片的（de）粗加工銑（xǐ）刀到保（bǎo）證最小過渡半徑的整體硬質合金立銑刀，要配備所有的刀具（jù）（對於葉片加工領域（yù）而言，這（zhè）個量相當大（dà））。

　　冷（lěng）卻（què）概念

　　刀具冷卻（què）特別重要，它不僅對刀具本身的影響很大，加工中產生的高溫還關係到渦輪機加工過程中是否產生加大硬質合金基體壓應力和限（xiàn）製其性能的發（fā）揮。與鋼材不一樣（yàng），加（jiā）工難切材料時，一般不會通過切屑帶走熱（rè）量，其（qí）中熱量滲入切屑刃，從而使鈷鎢硬質合金軟化。

　　2013年年初（chū），瓦爾特與茨維考西（xī）撒克遜應用科學（xué）大學（xué）生產技術研究所（IfP）攜手合作，對采用液體二氧化碳低溫加工進行基本研究，其中切削刃口（kǒu）已經冷（lěng）卻到-78.5℃，茨維考實驗全部采用了外部冷卻供應，並對各（gè）種冷卻策略（MQL，乳化液、二氧化碳及其各（gè）種組合）進行了相互比（bǐ）較。比較結（jié）果表明（míng），二氧化碳法具有最大的冷卻潛力，具有十分明顯的優勢（shì），在加工不鏽鋼渦輪葉片時，成本節省高（gāo）達40％。通過這種開拓性基礎研究並與瑞士斯達拉格機械工程公司密切合作，瓦爾特率先成為全世界采用低溫（wēn）冷卻原理的刀（dāo）具專（zhuān）業（yè）公司，為行業各種應用提（tí）供了切實（shí）可行的解決方案。2013年3月，這種（zhǒng）技術首（shǒu）次取得（dé）成功，並命名為“Cryo·tecTM”。在EMO2013，瓦爾特（tè）和斯達拉格獲得了MM獎，獲獎理由是他們的（de）解決方案在銑削加工最具創新性。

　　專用銑刀

　　對刀具而言（yán），合作雙方選擇了（le）F2334R圓刀片仿形銑刀，這種（zhǒng）銑刀專門為葉片（piàn）加工進行了優（yōu）化。其主要特點是（shì）加工穩定性高，可采用5軸加工。這種刀具覆蓋了整個加工工藝（yì）的70％～80％，從（cóng）而絕大多數金屬去除發生在渦輪葉片部位。使用5軸加工，可優化（huà）各種位置的槽型比和（hé）切削（xuē）力比，即使在粗加（jiā）工期間，也能接近想要的最終外形輪廓。

　　F2334R開有兩道槽，可同時供應兩種不（bú）同類型的（de）冷卻液（yè）：一（yī）道槽供應二氧化碳，另一道槽供應（yīng）MQL、壓縮空氣或乳化液。二（èr）氧化碳以液態形式流過刀具（jù），其壓力為60巴，直接噴（pēn）在切削刃的附近。然後，二氧化碳在此處（chù）膨脹後形成幹冰，達到想要的冷（lěng）卻效果。“Cryo·tecTM的重要研發步（bù）驟是采（cǎi）用兩道槽係統，向刀具供（gòng）應內冷卻液，而不（bú）是外接冷卻液供應係統，”瓦爾特渦輪葉片加工技術負責人ThomasSchaarschmidt說（shuō），采用五軸加工（gōng），外供二氧化碳決不能達到理（lǐ）想效果，即不（bú）可能（néng）盡量靠近高溫切削區域。當加（jiā）工鈦合金時，除了純冷卻外，還需要潤（rùn）滑。在（zài）本（běn）文所介紹的方法中，采（cǎi）用雙（shuāng）槽刀具分離MQL和二氧化碳。斯達拉格負責（zé）研發專用芯軸，而瓦爾特（tè）負責（zé）提供優化刀（dāo）具。低溫冷卻理念的優勢如下（xià）：刀具磨損量小，使用（yòng）壽命更長；切削參數優化，生產效率更高；表麵質量更好、邊界區域影響更（gèng）小，零件質量更高；切屑100％可回收利用，無需準備維護處置潤滑劑（jì）或零件清潔劑。

　　高壓Cryo·tecTM冷卻係統的一個重要技術優（yōu）勢是，在機床和刀具都能保持盡可能長時間的（de）二氧（yǎng）化碳壓力。因為隻要壓力下降，就開始形成冰而堵塞二氧化碳供應通路。但是，為了達到（dào）既定冷卻效果，二氧化碳輸出量不宜過大，因（yīn）為（wéi）與乳化液相比，二氧化（huà）碳冷卻液較為昂貴，其成本約為（wéi）0.30～0.50歐元每千克。“在確（què）定噴嘴直徑時，我（wǒ）們在研發工作中投入了大量的人力、物力和時間，”Schaarschmidt說，目前我（wǒ）們正在努力著手進（jìn）一步優化壓力調節和供應，使之（zhī）盡可能（néng）接近切削區域。我們還下大力氣與潤滑劑製造廠通（tōng）力合作研製新（xīn）型（xíng）MQL油品。迄今，他們（men）已經可用於高溫應（yīng）用（yòng），因此需要結合二氧化碳冷（lěng）卻使用。目前Cryo·tecTM刀具隻有非標刀具，因為斯達拉格（gé）相應的機床／主（zhǔ）軸技術還不成熟。但是，瓦（wǎ）爾特正（zhèng）在想辦法製定一種刀具連接標準。

　　冷卻性能

　　利用馬氏體不鏽鋼材質的渦輪葉片進行的實（shí）驗（多軸（zhóu）車銑、原始部件（jiàn）尺寸475mm×80mm×80mm、焊接（jiē）夾具）表明，如果使用（yòng）二氧化碳（tàn）冷卻，切削刃處的溫度可降低100℃，與幹式加工相比，刀具刃口壽（shòu）命延長30％，而切削參數仍能保持一致（zhì）。同時，生產成本節省15％。在加工奧氏體不鏽鋼時，與MQL相比，刀（dāo）具（jù）使用壽命大大延長，生產成本節省高達30％。總體來說，低溫加工（gōng）對（duì）高溫合金（jīn）（HRSA）和不鏽鋼有（yǒu）巨大潛力。現在是需要采用ISOS組和ISOM組的材料和應用對此技術進行進一步驗證。今後研發重點考慮用於汽車業零件加工以及設備技術、提取和處置等方麵未（wèi）解決的問題。

　　未來的切削技術

　　今後的機床可能設計成同時具有冷卻和非冷卻功能（不管是否采用冷卻液）。惟一（yī）的區別是選用的切削刀具材料（liào）：一種用於冷（lěng）卻加工，另（lìng）一種用（yòng）於幹式加工。今後研發還有另（lìng）外的主題。銑削（xuē）期間，通過齧合和分離，使所采用的（de）刀具齒加熱然後冷卻（què）。隻有采用低溫二氧化碳冷卻（què）才（cái）能充分達到這種效果。由（yóu）於高（gāo）溫交變（biàn）效應，硬質合金基體和（hé）塗層以不同速率膨脹，使塗層開裂，最終使（shǐ）切削刀具材料失效。過去幾（jǐ）年研發的所有切削刀具材（cái）料都用於幹式加工的（de）高溫作業（yè），但是現在的（de）切削刀具（jù）材料需要專門適（shì）合低溫二氧化碳冷卻，能（néng）承受溫度巨變。因（yīn）此，在瓦爾特今後（hòu）的研發工作中，ThomasSchaarschmidt需要研究兩（liǎng）大課題：我們今後主要任務是（shì）對刀具概念和專業切削（xuē）刀具材料（liào）標準化，因為我（wǒ）們（men）計劃在2020年（nián）前將渦輪機難切材料的（de）比重增加（jiā）到（dào）40％左右，所以這方麵的市場增長潛力巨大，需要加大研發力度。