在制造業(yè)中，重量更輕墓永、強度更高的新材料不斷涌現桂付，使加工問題變得更多、更難稍圾，由此也推動著CVD履剔、PVD涂層技術的持續(xù)發(fā)展，以滿足提高新材料加工效率的要求钠彬。

    本文針對航空航天鈦合金新牌號的銑削加工和復合材料的加工轨来，介紹了刀具涂層的選擇和難加工材料的加工對策。 

    刀具涂層對切削過程的影響 

    為什么航空航天工業(yè)所用材料比通常用于汽車工業(yè)的鑄鐵汹改、鋼材等更難加工基霞？金屬切除過程是工件材料由塑性變形到斷裂并形成切屑的過程。由材料學的標準拉伸試驗獲得的應力—應變圖僵禁，給出了材料在達到斷裂或強度極限時的塑性變形量阎瘩，其相關數據可從標準的材料手冊中查到。各種鋼材根據其不同成分和熱處理狀態(tài)碰缔，大體上可分為普通碳鋼账劲、未淬硬的合金鋼和淬硬的合金鋼。硬度低金抡、延伸率大的材料在加工時產生較大的塑性變形瀑焦，形成長切屑；相反竟终，硬度高蝠猬、延伸率小的材料形成短切屑。

    材料的單位斷裂能與斷裂應力和斷裂應變的乘積成正比统捶，它是材料塑性變形消耗的能量榆芦，并在切屑形成過程中轉變?yōu)闊崃浚乔邢鲄^(qū)的第一個熱源喘鸟。切削區(qū)的第二個熱源是切屑與前刀面摩擦產生的熱匆绣，材料的韌性越好驻右，與前刀面的接觸長度越長，產生的摩擦熱也越多崎淳。

    在各種工件材料中境猜，強度或硬度高、切削力大寨衣、韌性好胸叠、切屑長的材料其可加工性較差。材料金相特性（如析出的硬質相遇托、夾雜物债烹、加工硬化等）也會影響其可加工性和刀具壽命。

    航空航天工業(yè)用的鈦合金笔广、鎳基超級合金（Inconel等）由于具有很高的強度和韌性闪侨，切削時需要很大的塑性變形能，并與刀刃摩擦產生大量切削熱灿西，而它們很低的導熱系數使熱量集中在切削區(qū)和刀/屑界面挑明，對刀具壽命造成不利影響。因此善婉，如何有效加工此類材料是對切削加工的極大挑戰(zhàn)沪翔。

    刀具涂層技術是針對切屑形成過程中產生很高的力和熱對刀具造成不利影響而開發(fā)的新技術，根據不同的應用領域抄瓦，涂層刀具比未涂層刀具的壽命可提高2～10倍育韩。

    涂層的正確選擇應與工件材料、切屑變形特性和切削條件相匹配闺鲸，早期開發(fā)的TiN和TiCN涂層仍然適用于在一般切削條件下加工碳鋼和合金鋼。但是埃叭，隨著切削速度的提高摸恍，就需要采用TiAlN涂層，因為這種涂層在高溫下具有很好的穩(wěn)定性赤屋。

    加工難切削的航空航天材料時立镶，要求刀具有最佳的切削刃設計，包括與切削刃鋒利性相關的微觀幾何形狀类早。例如媚媒，切削刃的倒棱或鈍化，鈍化程度在切削刃全長上有的要求均勻一致涩僻，有的要求有所變化缭召。典型的鈍化圓弧半徑為0.025mm，以降低刃口應力的集中程度逆日，更好地保護PVD涂層嵌巷。

    為了更好地加工難加工材料，材料科學家已經開發(fā)了新的涂層牌號，包括添加Si到TiN中形成的TiSiN涂層恋都，或在AlTiN涂層中增加 Al含量处膛，或用Cr代替Ti開發(fā)出AlCrN涂層，以及具有更高硬度程伞、韌性和抗高溫氧化性能的納米結構涂層胆抓。與未涂層刀具相比，涂層刀具可以在其它條件相同的情況下采用更高的切削速度和獲得更長的刀具壽命暴既。一些研究成果解釋了在不同切削條件下涂層的工作機理辽察，開發(fā)了耐磨粒磨損、抑制微觀裂縫观昂、降低摩擦系數校增、形成穩(wěn)定的AlCr氧化膜和更好耐熱性等多樣化的涂層功能。

    鈦合金的銑削加工 

    在航空航天工業(yè)疾练，出現了很多難加工的高性能材料茁只，如合成材料、鈦合金和高溫合金等缔莲。這些材料具有很高的強度哥纫，制造的零件更輕，可使飛機的燃油效率更高痴奏。然而蛀骇，這些零件的加工需要采用新的切削技術。

    例如读拆，波音公司新推出的中等型號波音787飛機擅憔，在其主體結構件重量中，合成材料約占50%檐晕，鈦合金約占15%暑诸。由于這兩種材料重量輕、強度重量比高辟灰，使787飛機與相同大小的普通噴氣式客機777－200相比个榕，重量更輕，可節(jié)省20%的燃油芥喇。此外西采，與鋁合金相比，這兩種材料除了重量更輕以外继控，鈦與合成材料的兼容性也比鋁好（鋁更容易與合成纖維產生蝕電反應）眠便。此外，鈦比鋁合金更耐腐蝕况饥，其維護保養(yǎng)也更容易仲工。 

    然而肘抒，鈦合金的可加工性不好，通常只能采用較低的切削速度和進給量母卵，為了防止熱量聚積任感，徑向切深不能超過30%，軸向切深量也小慈柑。

    目前乳吉，已有一種新的鈦合金——Ti5553（Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr），屬于近?型鈦合金菱计。與最常用的Ti-6Al-4V相比醋躏，該材料具有更好的淬硬性和疲勞強度，更適合制作關鍵零件壤生。但它比傳統的鈦合金更難加工擒买，刀具壽命更短。

    為了解決這種新型鈦合金的加工耀里，美國Niagara刀具公司與航空公司合作蜈缤，共同開發(fā)適用的刀具和加工參數。試驗工作在實驗室和生產現場進行冯挎，內容包括刀具的幾何參數底哥、刃口處理和涂層的選擇。目前房官，該公司已經開發(fā)了用于銑削Ti5553鈦合金的粗加工趾徽、半精加工和精加工的工藝指南：粗加工推薦采用M42鈷高速鋼或粉末冶金高速鋼制造的細齒立銑刀，刀具經TiCN或TiAlN涂層翰守，切削速度40～60英尺/分孵奶，進給速度3～5英寸/分；半精加工采用TiAlN涂層的4齒整體硬質合金立銑刀蜡峰，切削速度70～100英尺/分拒课，進給速度5～7英寸/分；精加工則采用TiAlN涂層的6～8齒整體硬質合金立銑刀事示，切削速度400英尺/分，進給速度5～7英寸/分益侨。

    該公司稱暇寸，新的刀具幾何形狀（波形刃）與涂層和正確的切削參數相結合，改進了切屑的形成過程积碍，避免了切屑堵塞庸磅。

    復合材料的切削加工 

    目前，復合材料已越來越多地應用于制造飛機零部件蚌斑。復合材料通常由樹脂奋完、增強纖維和一種或多種填充材料合成宽藏，具有很高的比強度和良好的機械特性和熱特性，是替代金屬材料的最佳選擇淫兑。

    根據美國金剛石涂層公司總裁的說法闺撩，CVD金剛石涂層刀具是加工許多復合材料的最佳刀具。該公司向洛克希德馬丁飛機公司提供用于加工先進復合材料的刀具涂層二谤。開始時娩鬼，刀具壽命較短，并且材料有分層現象继射。后來采用了20μm厚的CVD金剛石涂層佣盒，并對刀具幾何參數作了改進，使刀具壽命提高6倍以上顽聂，并減少了工件的分層現象肥惭。

    刀具切削性能的改進必須依賴刀具材料、涂層和幾何參數的擇優(yōu)匹配紊搪。近年來蜜葱，涂層（尤其是PVD涂層）的發(fā)展已經使航空工業(yè)難加工材料的切削效率得到提高。隨著PVD Al2O3涂層的問世嗦明，PVD涂層技術的優(yōu)勢將更加明顯笼沥。

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