“在加工難加工材料時(shí)，二氧化碳是一種特別看好的替代冷卻液。”瓦爾特的業(yè)務(wù)應(yīng)用開發(fā)總監(jiān)也持同樣態(tài)度，并提供了一些很好的理由?！霸陂_發(fā)二氧化碳低溫冷卻過程中，我們?cè)囼?yàn)各種材料、在實(shí)際生產(chǎn)條件下進(jìn)行了大量試驗(yàn)。我們的研究發(fā)現(xiàn)不僅證明了二氧化碳冷卻對(duì)通用工藝的適宜性，而且還發(fā)現(xiàn)金屬去除率增加高達(dá)70％，但刀具磨損率沒有任何增加。 如果金屬去除率保持恒定，則刀具壽命便可延長(zhǎng)。”

這是瓦爾特的專家們與多家機(jī)床制造廠和研究院【例如茨維考西撒克遜應(yīng)用科學(xué)大學(xué)（WHZ）生產(chǎn)技術(shù)研究所（IfP、德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)、Fraunhofer IPT and WZL和德國(guó)開姆尼茨工業(yè)大學(xué)Fraunhofer

IWU】共同研究后得出結(jié)論。例如，在銑削含鎳高合金鋼時(shí)，渦輪機(jī)葉片和渦輪機(jī)外殼制造廠在加工這些材料時(shí)，刀具使用壽命可延長(zhǎng)70％。汽車行業(yè)渦輪增壓器材料以及航空業(yè)不銹鋼鑄造和鈦合金的加工，也證明了能達(dá)到同樣的生產(chǎn)效率。

鋁化鈦 － 一種輕質(zhì)耐腐蝕但難加工的材料

在加工航空工業(yè)用TiAl6V4制成的鈦合金構(gòu)件時(shí)，使用二氧化碳冷卻最理想。瓦爾特專家已經(jīng)證明，刀具使用壽命延長(zhǎng)35％，而金屬去除率增加50％。

特別是，伽馬鋁化鈦等材料越來越多地用于渦輪機(jī)葉片制造業(yè)和航空工業(yè)。原因很簡(jiǎn)單：鈦合金與鋁合金的金屬間化合物比以前常用的鎳基合金輕得多，前者密度為3.8 g/cm3，后者密度為8.5 g/cm3。但是，鋁化鈦還能承受發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫，耐蠕變能量強(qiáng)。

毫無疑問，發(fā)動(dòng)機(jī)的重量對(duì)航空器或宇宙飛船至關(guān)重要。一方面，離心力隨重量的增加而成二次方增加，也即是說，如果重量減半，則離心力僅有其起始值的四分之一；另一方面，航空器的重量越輕，燃料消耗越少，飛得越好，越環(huán)保。

美中不足的是，鋁化鈦材料極其難加工。在加工鋁化鈦材料時(shí)，刀具磨損特別快，刀具使用壽命只有幾分鐘。高溫緩解了加工問題，因?yàn)椴牧显诼愿哂?50℃的溫度時(shí)開始軟化，使得材料加工稍微容易一點(diǎn)。但是，正是這種效果，導(dǎo)致刀具承受的應(yīng)力較大，從而縮短了刀具使用壽命。解決方案是，盡可能直接地冷卻切削刃。

二氧化碳“前程似錦”

這就是瓦爾特一直認(rèn)為用二氧化碳冷卻是今后的發(fā)展趨勢(shì)的另一個(gè)原因?！拔覀儸F(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出了新一代切削刀具材料：Walter Tiger·tec® Gold –

一種基于氮化鈦鋁的嶄新技術(shù)平臺(tái) （TiAlN）。今后用這種平臺(tái)可加工嶄新的涂層基體組合體。Tiger·tec® Gold備受歡迎的部分原因是因?yàn)樗臒嵊捕葮O高，最適合快速銑削難加工材料。這還能減少可轉(zhuǎn)位刀片上形成的發(fā)紋狀裂紋，這種裂紋主要是在斷裂切口和熱應(yīng)力變化（即短時(shí)熱沖擊）時(shí)容易發(fā)生。因此，Tiger·tec® Gold是一種理想的低溫冷卻用切削刀具材料。

在加工可靠性方面，最關(guān)鍵的是在所需溫度下，切削刃的冷卻液應(yīng)盡可能精確。因此，瓦爾特與斯達(dá)拉格（Starrag）等技術(shù)合作伙伴通力合作，研發(fā)出了雙通道供液系統(tǒng)——通過機(jī)床、主軸、刀柄和刀具，流向切削刃。其中一個(gè)通道輸送二氧化碳，另一個(gè)通道流潤(rùn)滑劑、壓縮空氣或乳化液，這些介質(zhì)直接流向切削刃，沒有壓力降，而且能保持在室溫。在二氧化碳成液態(tài)時(shí)，噴嘴處的溫度可首先冷卻到最低－78.5°C（理論值），在達(dá)到此溫度時(shí)，二氧化碳開始膨脹。與外冷系統(tǒng)不同的是，這種方法僅冷卻工件，因此相對(duì)來說，易于加工。采用單獨(dú)的冷卻液供應(yīng)系統(tǒng)，還可保證極為高效的潤(rùn)滑效果。

瓦爾特有一套R(shí)other Technologie的“Aerosol Master 4000cryolub”系統(tǒng)，這套系統(tǒng)專門用于供應(yīng)二氧化碳和冷卻潤(rùn)滑液，其中采用了羅瑟（Rother）研發(fā)的氣溶膠干式潤(rùn)滑技術(shù)（ATS）及低溫冷卻技術(shù)。根據(jù)要求，它可用于按要求調(diào)整液態(tài)二氧化碳或氣溶膠的供應(yīng)量，即供應(yīng)量可根據(jù)零部件和材料調(diào)整。Thomas Schaarschmidt說：“控制冷卻液供應(yīng)量，可十分精密地控制冷卻程度?！钡?，我們還研發(fā)了單通道的加工解決方案。因此，我們?cè)谖宜荆绹?guó)）沃基肖技術(shù)中心（Technology Center in Waukesha）改造了一座加工中心。

久經(jīng)證明的低溫加工刀具

迄今為止，為了滿足低溫加工策略要求，瓦爾特為客戶提供了大量專門解決方案刀具。瓦爾特的客戶可訂購(gòu)所有經(jīng)久耐用且?guī)в械镀墓ぞ呦到y(tǒng)，例如使用二氧化碳冷卻的Walter BLAXX銑刀?！斑@還是一種半標(biāo)準(zhǔn)件，但是，我們正在加大研發(fā)力度，使之標(biāo)準(zhǔn)化?！辈捎秒p冷卻液通道，單獨(dú)供應(yīng)二氧化碳和MQL的刀具解決方案，在整體硬質(zhì)合金銑削領(lǐng)域還是一種新技術(shù)。我們正在與海默（Haimer）合作開發(fā)必應(yīng)的刀具接柄。

Thomas Schaarschmidt表示，除了高效可靠的冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)外，正確的加工策略也很重要?！拔覀冞^去幾年在此領(lǐng)域積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，例如，長(zhǎng)切口比斷裂切口有效得多，因此加工策略應(yīng)當(dāng)盡可能采用連續(xù)長(zhǎng)切口?！?

Thomas Schaarschmidt同時(shí)強(qiáng)調(diào)，雙通道供液系統(tǒng)翻新不存在任何問題，但是機(jī)床所使用的主軸和/或旋轉(zhuǎn)直刀允許采用這種工藝?！霸诳赊D(zhuǎn)位刀片領(lǐng)域，我們目前采用的輔助通道直徑可達(dá)63毫米，整體硬質(zhì)合金領(lǐng)域采用的最大直徑為25毫米?！?

瓦爾特公司業(yè)務(wù)應(yīng)用開發(fā)總監(jiān)Thomas Schaarschmidt

為批量生產(chǎn)和成本效益做好準(zhǔn)備：二氧化碳冷卻

machine + tool：Schaarschmidt先生，關(guān)于低溫加工的切削刀具材料開發(fā)，瓦爾特的當(dāng)前進(jìn)展如何？

Thomas Schaarschmidt：我們和汽車、能源和航空工業(yè)領(lǐng)域的知名廠商一起進(jìn)行了大量的測(cè)試，這些測(cè)試均獲得了類似的良好結(jié)果。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，我們可以準(zhǔn)確地告訴那些希望采用二氧化碳冷卻的客戶哪些切削刀具材料是最理想的，以及最佳的加工策略是什么。簡(jiǎn)而言之：在我們看來，這一技術(shù)已經(jīng)準(zhǔn)備好首次用于大規(guī)模生產(chǎn)中。

低溫加工目前仍然面臨的主要挑戰(zhàn)是什么？

首先是要找到一個(gè)愿意和我們以及其他合作伙伴一起在他們的生產(chǎn)加工工藝中采用這一技術(shù)的技術(shù)合作伙伴。第二個(gè)挑戰(zhàn)與第一關(guān)相關(guān)，就是到目前為止還缺乏安全規(guī)范。目前還沒有相關(guān)的行動(dòng)建議來說明采用二氧化碳冷卻的機(jī)床操作中需要采取哪些安全措施。在一年的時(shí)間里，我們已經(jīng)成功地解決了與此相關(guān)的問題。茨維考應(yīng)用科技大學(xué)的研究和轉(zhuǎn)移中心和其他刀具制造商和系統(tǒng)合作伙伴一起成立了一個(gè)工作組來研究使用二氧化碳作為冷卻介質(zhì)的安全課題。通過在斯圖加特國(guó)際金屬加工展覽會(huì)上的活動(dòng)，我們公布了采用二氧化碳冷卻的機(jī)床安全操作建議。關(guān)于采用二氧化碳冷卻的機(jī)床的必要安全措施，這一38頁(yè)的文件包含了所有必要的法律框架條件和解釋。

你們是否與冷卻潤(rùn)滑劑制造商進(jìn)行技術(shù)合作開發(fā)？都有哪些公司？從中獲得了怎樣的協(xié)同效應(yīng)？

我們同屬于一個(gè)工作組，該工作組有著大量高素質(zhì)的合作伙伴，其中也有一家冷卻潤(rùn)滑劑制造商。協(xié)調(diào)效應(yīng)表現(xiàn)在：我們已經(jīng)使用并測(cè)試新的冷卻潤(rùn)滑劑– 從而確定在特定的條件下這些潤(rùn)滑劑是否比壓縮空氣、MQL甚至是二氧化碳更加適合。最終，我們的目的是為客戶提供最佳的解決方案。

在您看來，何時(shí)業(yè)內(nèi)才會(huì)普遍采用二氧化碳作為冷卻介質(zhì)？目前的需求怎樣？到目前為止，瓦爾特客戶在哪些應(yīng)用中一直使用這些刀具？

航空工業(yè)和其他領(lǐng)域?qū)Υ硕挤浅８信d趣。我們收到了很多查詢，希望了解二氧化碳冷卻在特定的條件下能獲得怎樣的利潤(rùn)。我們已經(jīng)和各種行業(yè)的最終客戶一起執(zhí)行了大量的項(xiàng)目，證明了使用二氧化碳作為冷卻劑的節(jié)約潛力。目前在大學(xué)中正至少進(jìn)行著三個(gè)項(xiàng)目，最終客戶和我們一起在這些項(xiàng)目中對(duì)二氧化碳冷卻的潛力進(jìn)行測(cè)試。此外一些機(jī)床制造商的項(xiàng)目也提出了類似的問題。二氧化碳在多大程度上能夠作為冷卻介質(zhì)取決于在批量生產(chǎn)中的適用性。我們必須和最終客戶一起在接下來的步驟中對(duì)此進(jìn)行測(cè)試。因此，下一個(gè)問題應(yīng)當(dāng)是“何時(shí)”。

除了為已測(cè)試和試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)刀具配備低溫冷卻選件外，還有什么開發(fā)方法？

我們知道刀具的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)是怎樣的，以及如何構(gòu)建接口和加工策略。簡(jiǎn)而言之，我們已經(jīng)擁有了立即開始刀具和裝配零件批量生產(chǎn)所需的全部知識(shí)和技術(shù)。當(dāng)然，我們也對(duì)合理的進(jìn)一步開發(fā)持開放態(tài)度。就目前來說，我可以充滿信心地說：在刀具這方面，我們已經(jīng)準(zhǔn)備好了。在給定的應(yīng)用案例中，二氧化碳冷卻的表現(xiàn)良好，而且在經(jīng)濟(jì)上也可行，不過還有待在批量生產(chǎn)中的測(cè)試。在進(jìn)一步的開發(fā)中，一個(gè)重要的出發(fā)點(diǎn)就是將刀柄中的冷卻液傳輸與機(jī)床中的旋轉(zhuǎn)給進(jìn)之間的接口標(biāo)準(zhǔn)化。

采用低溫冷卻的渦輪葉片加工所有的Walter F2334R

仿形銑其它通道直徑和方位需要全部重新設(shè)計(jì)