對蒸（zhēng）汽和燃氣輪機而言，葉片製造是（shì）主要生（shēng）產成本之一（yī）。使用難以加工的高溫合金（jīn）和材料（liào），無疑（yí）增（zēng）加了加工工藝成本（běn）。因此（cǐ），人們迫切（qiē）需要創新的加工解決方（fāng）案。瓦爾（ěr）特還是首次提出適合量產的（de）二氧化碳（tàn）低溫冷卻概念。

　　帶葉片加工本身是一門科學。過去，葉片製造廠麵（miàn）臨（lín）的是設備問題；當今（jīn），主要麵（miàn）臨葉片材料給加工帶來的頭疼問題。為了進一步優化效率，渦輪（lún）機設計師正在尋求提高輸入更高溫度的最佳解（jiě）決方案。因為（wéi）需要（yào）采（cǎi）用特殊材（cái）料（liào）才能滿足高（gāo）溫要求，所以會增加葉片的（de）製造成本。傳統的（de）鐵素體、馬氏體和（hé）奧（ào）氏（shì）體渦（wō）輪機鋼材不再適（shì）合高溫要求，取而代之的是鎳基高（gāo）溫合金。但是，這類材料需要更長的加工時間。從這個意義（yì）上說，最（zuì）重要的因素是采用（yòng）相互匹配（pèi）的創新型刀具和加工概念（niàn）來控製製造成本，例如能見實效的高性能冷卻加工概（gài）念。

　　總部位於圖賓根的瓦（wǎ）爾（ěr）特專為能（néng）源行業研製刀具和加工方案的曆史非常悠久。“幾十年來，能源生產已成為我們專注的主要行業之一，”瓦爾特業務（wù）發展部經理（lǐ）AndreasElenz強調，我們是所有（yǒu）關（guān）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（shǔ）去（qù）除（chú）率（lǜ）的可轉位（wèi）刀片的粗加工銑刀到（dào）保證最小過渡（dù）半徑的整體硬質（zhì）合金立銑刀，要配備所（suǒ）有的刀具（對於葉片加工領域（yù）而言，這個量相當大）。

　　冷卻概念

　　刀具冷卻特（tè）別重要，它不僅對刀具本身的影響很（hěn）大，加工（gōng）中產生的高溫還關係到渦輪（lún）機加工過程中（zhōng）是否產生加大硬質合金基體壓應力和限製其性能的發揮。與鋼材不一樣，加工難切材料時（shí），一般不會通過切屑帶走熱量（liàng），其中熱量（liàng）滲入切屑刃，從（cóng）而使鈷鎢硬質合金軟化（huà）。

　　2013年年初，瓦爾（ěr）特（tè）與（yǔ）茨維考西撒（sā）克遜應用科學大學生產技（jì）術研究所（suǒ）（IfP）攜（xié）手合作，對（duì）采用（yòng）液體二氧化碳低溫加工進行基本研究，其中（zhōng）切削刃（rèn）口已經（jīng）冷卻到-78.5℃，茨維考（kǎo）實驗全部采用了外部冷卻供應，並對各種冷卻策略（MQL，乳（rǔ）化液、二氧化碳（tàn）及其各種組合）進行了（le）相互比（bǐ）較。比較結果表明，二氧化碳法具有最大的冷（lěng）卻潛力，具有十分明（míng）顯的優勢，在加工不鏽鋼渦輪葉片時（shí），成本節省（shěng）高達40％。通過這種開（kāi）拓（tuò）性基礎研究並與瑞士斯（sī）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冷卻原（yuán）理的刀具專業公司，為行業各種應用提供了切實可行的解決方案。2013年3月，這種技術（shù）首次取得成（chéng）功，並命名（míng）為“Cryo·tecTM”。在EMO2013，瓦爾特和斯達拉格獲得了MM獎，獲獎理（lǐ）由是他們的（de）解決方案在銑削加工最具創新性（xìng）。

　　專用銑刀

　　對刀具而（ér）言，合作雙（shuāng）方選擇了F2334R圓刀片仿形銑刀，這種銑刀專門為葉（yè）片加工進行了優化。其主（zhǔ）要特點是加工穩定性高，可采用5軸加工（gōng）。這種（zhǒng）刀具覆蓋了整個加工工藝的70％～80％，從而（ér）絕大多數金屬去除發生在渦輪葉片部位。使用5軸加工，可優化各種位置的槽型比和切削力比，即使在粗加工期間，也能接近想要的最終（zhōng）外形輪廓。

　　F2334R開有兩道槽，可（kě）同時供應兩種不同類型的（de）冷卻（què）液（yè）：一道（dào）槽供應二氧化碳，另（lìng）一道槽供應MQL、壓縮（suō）空氣或（huò）乳化液（yè）。二氧化碳以液態形式流過刀（dāo）具，其壓力為60巴，直接噴在切削刃（rèn）的附近。然後，二氧化碳在此處膨脹後形（xíng）成幹冰，達到想要的冷卻（què）效果。“Cryo·tecTM的重要研發步驟是采用兩道槽係統，向刀（dāo）具供應內冷卻液，而不是外（wài）接冷卻液供應係統，”瓦爾特渦輪（lún）葉片加（jiā）工技術負責人ThomasSchaarschmidt說，采用五軸加工，外供二氧化碳決不能達到理想效果，即不可能（néng）盡量靠近高溫切削區域。當加工鈦合金時（shí），除了純（chún）冷卻外，還需要潤滑。在本文所介紹的（de）方法中，采用雙槽刀具分離MQL和二氧（yǎng）化碳。斯達拉格負責研（yán）發專用芯軸，而瓦（wǎ）爾特負責提供（gòng）優化刀具。低溫（wēn）冷卻理（lǐ）念的優勢如下：刀具磨損量小（xiǎo），使用壽命更長；切削參數優化，生（shēng）產效率更高；表（biǎo）麵質量更好、邊界區域影響更小，零件質量更高；切（qiē）屑100％可回收利用，無需準（zhǔn）備維護處置潤滑劑（jì）或零件清潔劑。

　　高壓Cryo·tecTM冷（lěng）卻係統的一個重要技術（shù）優勢是，在機床和刀具（jù）都能保持盡可能長時間的二（èr）氧化碳（tàn）壓力（lì）。因為隻要壓力下降，就開始形成（chéng）冰（bīng）而（ér）堵塞二氧（yǎng）化碳供應通（tōng）路。但（dàn）是，為了達到既定冷（lěng）卻效果，二氧化碳輸出量不宜過大，因為與乳化液相比（bǐ），二氧（yǎng）化碳冷卻液較為昂貴，其成本約為0.30～0.50歐元每千克（kè）。“在確定（dìng）噴嘴直徑時，我們在研發工作中投入了大量（liàng）的人力、物力和時間，”Schaarschmidt說，目前我們正在努力著手進一步優化壓力調節和供（gòng）應，使之盡可能接近切削區域。我們還下大力氣與潤滑劑製造（zào）廠通力合作研製新（xīn）型MQL油品。迄今，他們已經可用於高溫應用，因此需要結合二氧化碳冷卻使用。目前Cryo·tecTM刀具隻有非標刀（dāo）具，因為斯達拉格相應的機床／主軸技術還不成熟。但是，瓦爾特（tè）正在想辦法製定一種刀具連接標準。

　　冷卻性能

　　利用馬氏（shì）體不鏽鋼材質的渦輪葉片進（jìn）行的（de）實驗（多軸車銑（xǐ）、原（yuán）始部件尺寸475mm×80mm×80mm、焊接夾具（jù））表明，如果使用二氧化碳（tàn）冷卻，切削刃處的溫度可降低100℃，與幹式加工相比，刀具刃口壽命延長30％，而切削（xuē）參數仍能保持一致。同時，生產成本節省15％。在加工奧氏體不鏽鋼時，與MQL相比，刀具使（shǐ）用壽命大大延長，生產成本節省高達30％。總體來說，低溫加工對高溫合金（HRSA）和不鏽鋼有（yǒu）巨（jù）大（dà）潛力。現在是需要采用ISOS組（zǔ）和ISOM組的材料和應（yīng）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（zhì）等方麵未解決的問題。

　　未來（lái）的切削技術

　　今後的機床可能設計成同時具有冷（lěng）卻（què）和（hé）非冷卻功能（不（bú）管是否采用冷卻液）。惟一（yī）的區別是選用（yòng）的切削刀具材料（liào）：一種（zhǒng）用於冷卻加工，另（lìng）一（yī）種用（yòng）於幹式加工。今後研發還有另外的主題。銑削期間，通過齧合（hé）和分離，使所采用的刀具齒加熱（rè）然後冷卻。隻（zhī）有（yǒu）采用低溫二氧化碳冷卻才能（néng）充分達到這種效果（guǒ）。由於高溫交變（biàn）效應，硬質合金基體（tǐ）和塗層以不同速率膨脹，使塗（tú）層開裂，最終使切（qiē）削刀（dāo）具材料失效。過（guò）去幾年研發的所有切削刀具材料都用於幹式加工的高溫作業，但是現在（zài）的切（qiē）削刀具材料需要專門適合低溫（wēn）二氧化碳冷卻，能（néng）承受溫度巨變。因此，在瓦爾特今後的研發工作中，ThomasSchaarschmidt需要（yào）研究兩大課題：我們今後主要任務是對刀具概念和專業（yè）切削刀具材料（liào）標準化，因為我們計劃在2020年前（qián）將渦輪機難切材料的比重增加到40％左右，所以這方麵的市場增（zēng）長潛力巨大，需要加大研發（fā）力度。