航空發(fā)動(dòng)機高溫合金機匣加工中陶瓷刀具的運用論文
1 陶瓷刀具的特點(diǎn)
隨著(zhù)航空材料技術(shù)的發(fā)展，傳統硬質(zhì)合金刀具已難以滿(mǎn)足新型航空發(fā)動(dòng)機生產(chǎn)需要。陶瓷刀具以其優(yōu)良的切削性能和高的性?xún)r(jià)比受到越來(lái)越多航空制造企業(yè)的青睞。[1]陶瓷刀具有許多獨特的優(yōu)點(diǎn)，如高耐熱性，很高的強度和耐磨性，良好的高溫力學(xué)性能等，可以加工傳統刀具很難加工甚至不能加工的超硬材料。陶瓷刀具在 1000°C 的高溫下仍能切削，可使被加工材料變軟而改善其切削加工性，而陶瓷刀片仍可保持良好的高溫紅硬性。
2 陶瓷刀具的選擇
目前市場(chǎng)上的陶瓷刀片主要有方形刀片、圓形刀片、三角形刀片和菱形刀片。陶瓷刀片強度從高到低分別是：圓形、90°正方形、80°菱形、60°三角形、55°和 35°菱形。對于圓形刀片半徑越大，刀尖強度越大。而選擇較厚的刀片進(jìn)行加工可以顯著(zhù)地提高抗沖擊性和散熱性，延長(cháng)刀具壽命。
3 車(chē)削試驗
采用氮化硅陶瓷刀具對某型動(dòng)力渦輪機匣（材料為 GH4133）進(jìn)行車(chē)削加工試驗。試驗設備：DL-32 數控車(chē)床；車(chē)刀刀柄：32mm×32mm;刀片：d=12.7,α=0°Z=4,圓刀片；冷卻方式：干切削。由試驗結果（表 1）可以看出，雖然切削參數并不高，且切削時(shí)間很短，但是在加工過(guò)程中陶瓷刀片的`振刀很大，刀片損壞非常嚴重，經(jīng)過(guò)分析是由于加工參數不合理、缺少冷卻供給，以及編程走刀路線(xiàn)簡(jiǎn)易，造成斷續切削使刀片發(fā)生崩刃和大面積剝落。
4 冷卻液的選擇
目前大多陶瓷刀片高速切削都采用干切，因為刀尖處產(chǎn)生的熱能夠軟化基體，是有利于切削的，但是卻大大降低了刀片的使用壽命。其實(shí)陶瓷刀片是一種非常好的熱導體，刀尖處產(chǎn)生的熱量很快傳到刀片，冷卻液可使刀片保持較低的溫度，在鐵屑成型后降低其溫度，使其排屑更為規律。對于鎳基高溫合金機匣，銑削過(guò)程最好選擇干切削，而車(chē)削過(guò)程，最好能選擇高壓噴射并且加大冷卻液澆注量。冷卻液必須澆在切削面上，不要被壓板、緊固螺釘或其他物體阻礙。
5 程序優(yōu)化
陶瓷刀具加工零件，程序優(yōu)化是一個(gè)非常重要的環(huán)節。從切削試驗中，我們可以看到直接切削會(huì )迅速地出現溝狀磨損。該磨損溝處會(huì )產(chǎn)生應力集中而導致整個(gè)刀片失效。采用倒角或者圓弧進(jìn)刀，可以有效消除車(chē)削時(shí)毛刺產(chǎn)生的卷曲和變形，使刀具沿零件邊緣連續走刀，這就使切削點(diǎn)處的材料處于塑性變形狀態(tài)，有利于陶瓷刀片的切削。另外，切削到拐角處，要圓滑走刀，防止陶瓷刀具的晶界因振動(dòng)產(chǎn)生微裂紋，擴展后導致碎裂。[2]
6 車(chē)削參數的優(yōu)化
陶瓷刀具切削鎳基高溫合金往往采用大切深，產(chǎn)生大的切削熱軟化被加工材料，以改善切削加工性。但是過(guò)大的切深卻會(huì )導致陶瓷刀具承受的切屑負載過(guò)大，刀具就易損壞。經(jīng)過(guò)對比分析在高溫合金零件連續切削中，2.5mm 的切深是比較理想的。進(jìn)給和車(chē)削速度是根據陶瓷刀片承受高溫的能力和決定剪切區溫度的鐵屑厚度決定的，控制剪切區溫度可減小切削力，降低磨損程度。如果切削速度降低時(shí)進(jìn)給沒(méi)有同時(shí)減小，由于鐵屑溫度降低，硬度高，同樣會(huì )算壞刀刃。所以切速和進(jìn)給必須同比列改變。
通過(guò)對程序和參數進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)把切削液由干切改為濕切，刀具磨損情況得到有效控制，壽命提高。圖 1 為陶瓷刀片走完 4 刀后的磨損情況，為一般的溝槽磨損。7 陶瓷刀具應用效果以某航空發(fā)動(dòng)機動(dòng)力渦輪機匣為例，其最終壁厚為 2mm,為典型的薄壁零件，機加余量為毛坯的 85%以上。在利用陶瓷刀具后，切削速度明顯提升，效率得到提高，成本也降低了。（表 2）
參考文獻
[1]崔晶，師俊東，周洪友，等。陶瓷刀具在航空發(fā)動(dòng)機難加工材料中的應用 [J]. 航空制造技術(shù)，2009（23）：43-45.
[2]趙秀芬，劉陽(yáng)，李冬梅，等。陶瓷刀具在轉包機匣鎳基高溫合金加工中的應用 [J]. 新技術(shù)新工藝，2010（5）：59-63.
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