合金以及復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用，飛機(jī)零部件的性能（如強(qiáng)度闷旧、硬度窃这、耐磨性、耐熱性等）不斷提高槽华，這也給加工制造帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)壹蔓。從物理性能來(lái)看，上述材料都屬于難加工材料的范疇猫态，而普通工程材料在重要的航空結(jié)構(gòu)件中已經(jīng)不被采用佣蓉。

　　在現(xiàn)代飛機(jī)主承力結(jié)構(gòu)中，整體結(jié)構(gòu)件通常采用切削加工亲雪，零件成品的質(zhì)量只占毛坯質(zhì)量的10%~20%勇凭，甚至更低，其余材料都變成了切屑义辕。切削加工過(guò)程中虾标，刀具與被加工材料是相互對(duì)立又相互聯(lián)系的，新的材料需要有更新的刀具和更新的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)其高效加工终息。對(duì)難加工材料夺巩，通常采用的方法是：根據(jù)該材料的特點(diǎn)，列出適合的備選刀具艺滑，并在不同切削參數(shù)下使用備選刀具進(jìn)行試切右木，通過(guò)測(cè)量加工過(guò)程中的切削力、刀具磨損和加工表面質(zhì)量選取最優(yōu)刀具跳犹。圖1是典型鈦合金材料TC4的切削試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)塌卜。

　　難加工材料切削加工中最突出的問(wèn)題是刀具磨損過(guò)快導(dǎo)致加工效率偏低和工件質(zhì)量差。從加工的角度講玻冗，影響刀具壽命的關(guān)鍵因素在于刀具材料启脉、刀具幾何參數(shù)以及切削參數(shù)的選取和優(yōu)化。本課題結(jié)合TC4材料的切削參數(shù)試驗(yàn)及其分析，從刀具優(yōu)選综澄、切削狀態(tài)數(shù)據(jù)采集分析試驗(yàn)坠屹、切削參數(shù)優(yōu)化等方面，探討難加工材料的切削參數(shù)優(yōu)化途徑及其技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)神卢。

　　刀具材料

　　刀具材料是影響切削加工性能最重要的因素之一兵扭，用于刀具制造的材料種類繁多。航空制造領(lǐng)域常用的刀具材料有高速鋼袒碍、硬質(zhì)合金脾鸠、金剛石、陶瓷舆床、立方氮化硼（CBN）以及涂層刀具材料棋蚌，每種材料的刀具都有其特殊的性能和應(yīng)用范圍。

　“ざ印（1）高速鋼谷暮。

    高速鋼早在20世紀(jì)初就應(yīng)用于切削，由于其可加工性能好盛垦，常用于復(fù)雜形狀刀具（如銑刀坷备、鉆頭、齒輪刀具等）的制造情臭。通過(guò)添加V、Co赌蔑、Al等合金元素俯在，可以使高速鋼的性能大幅度提高，可用于切削高強(qiáng)度鋼娃惯、高溫合金及鈦合金跷乐。粉末冶金高速鋼的出現(xiàn)解決了碳化物偏析的問(wèn)題，細(xì)化了晶粒罗迎，增強(qiáng)了高速鋼的強(qiáng)度泊宴、韌性和熱硬性，刀具壽命可提高0.5~2倍秒足。

　　（2）硬質(zhì)合金钱图。

　　硬質(zhì)合金是以高硬度、高熔點(diǎn)的金屬碳化物（WC寿伊、TiC撩怀、NbC、TaC 等）粉末為基體揽此，以熔點(diǎn)較低的金屬（Co或Ni 等）粉末為粘結(jié)劑双竣，經(jīng)高壓后燒結(jié)制成的。硬質(zhì)合金刀具的耐熱溫度和最大允許切削速度都大大高于普通高速鋼刀具艘赂，但強(qiáng)度不如高速鋼渤尚，抗切削振動(dòng)和沖擊能力也較差公悟，在切削用量較大時(shí)常常發(fā)生崩刃現(xiàn)象。

　　硬質(zhì)合金刀具的最新進(jìn)展主要是細(xì)化晶粒和梯度材質(zhì)催杆。普通硬質(zhì)合金晶粒尺寸在10μm以下列林，超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金可達(dá)1μm以下。晶粒的細(xì)化可提高硬質(zhì)合金的強(qiáng)度喻奥、硬度和韌性席纽，刀具壽命可提高1~2倍。梯度材質(zhì)是指硬質(zhì)合金刀具的材質(zhì)根據(jù)切削需要呈現(xiàn)梯度分布撞蚕，對(duì)不同的部位賦予不同的性能润梯，從而獲得最佳的整體性能。

　　（3）超硬刀具材料甥厦。

　　超硬刀具材料主要包括金剛石纺铭、陶瓷和立方氮化硼（CBN）。金剛石是自然界最硬的材料刀疙，硬度高達(dá)HV10000舶赔。制造刀具用的金剛石有各向異性的單晶體，也有各向同性的聚晶金剛石谦秧。單晶金剛石可以在被加工材料的晶粒內(nèi)部進(jìn)行超精密切削竟纳，聚晶金剛石則可以切削有色金屬、陶瓷和硬質(zhì)合金等難加工材料疚鲤。由于其高硬度锥累，金剛石可以制成很鋒利的刀具，在切削復(fù)合材料時(shí)可以保證纖維被迅速切斷溢扳，是較為理想的刀具炸笋。金剛石刀具耐熱溫度較低，在700~800℃時(shí)無(wú)法切削祠乔。由于主要成分為C地毁，容易和鐵族元素親和，金剛石刀具不宜加工鋼和鑄鐵等鐵族金屬橱序。

　　陶瓷刀具具有很高的硬度唠延、耐磨性和熱硬性，可用來(lái)加工淬火鋼等高硬度材料囊嘲，而且陶瓷的主要成分為Al情键、Si 和O，比制造合金刀具的主要元素儲(chǔ)量更為豐富锯帚。陶瓷刀具的主要缺點(diǎn)是強(qiáng)度低钢墩、較脆、抗振性不高，目前用押，可以通過(guò)熱壓等工藝在陶瓷材料中加入碳化物肢簿、金屬等來(lái)增強(qiáng)其強(qiáng)度和韌性。

　　立方氮化硼（CBN）的硬度僅次于金剛石蜻拨，耐熱溫度達(dá)到1400℃池充，而且具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，可以加工淬硬鋼缎讼、冷硬鑄鐵和高溫合金等收夸。在切削耐磨材料時(shí)，CBN刀具耐磨性是硬質(zhì)合金刀具的30~50倍血崭，切削速度比硬質(zhì)合金高5 倍卧惜。CBN既可做成整體式刀具，也可與硬質(zhì)合金做成復(fù)合型的刀片夹纫。#p#副標(biāo)題#e#

　　（4）涂層刀具材料咽瓷。

　　涂層刀具材料是指通過(guò)氣相沉積或其他技術(shù)方法，在硬質(zhì)合金或高速鋼基體上涂覆一層耐磨性極高的化合物舰讹。傳統(tǒng)的涂層主要有TiC茅姜、TiN 和Al2O3等；最新的涂層材料有TiAlN螟衍、AlCrN引妖、聚晶金剛石等。圖3為帶有AlCrN 涂層的硬質(zhì)合金刀具佩捎。目前腮哩，納米結(jié)構(gòu)涂層刀具的涂層數(shù)達(dá)到1000層以上，每層厚度僅為幾nm卸窿。

　　涂層刀具有效地解決了刀具材料硬度、耐磨性和強(qiáng)度惑膀、韌性之間的矛盾唐肩，切削時(shí)具有以下特點(diǎn)：涂層刀具可以大幅度提高刀具的切削壽命；涂層與被加工材料摩擦系數(shù)小贼么，切削力有所降低穗掘；采用涂層刀具加工的零件表面質(zhì)量好；涂層刀具有較好的通用性介她。

　　使用涂層刀具切削時(shí)要考慮涂層材料的物理化學(xué)性能称啸。在fz=0.08mm/齒，ap=2mm疾就，ae=4mm澜术，v=20m/min切削用量下使用TiAlN納米、多晶金剛石涂層刀具和無(wú)涂層硬質(zhì)合金刀具銑削TC4鈦合金的銑削力最大值見(jiàn)表1。

　　TiAlN涂層容易與鈦合金發(fā)生親和鸟废，加速了刀具的擴(kuò)散磨損猜敢，使摩擦系數(shù)增大，所以加工鈦合金時(shí)的銑削主切削力要大于無(wú)涂層刀具盒延；多晶金剛石涂層耐熱溫度低缩擂，而鈦合金導(dǎo)熱系數(shù)小，切削熱難以擴(kuò)散添寺，導(dǎo)致刀具無(wú)法在正常狀態(tài)進(jìn)行切削胯盯，其主切削力也大于無(wú)涂層刀具。

　　刀具的幾何參數(shù)和結(jié)構(gòu)

　　除了刀具材料外计露，刀具的幾何參數(shù)和結(jié)構(gòu)對(duì)切削力博脑、加工表面質(zhì)量、刀具壽命和加工效率都有很大的影響薄坏。針對(duì)不同材料和加工情況趋厉，選擇合適的前角、后角以及刀尖圓角半徑等刀具參數(shù)對(duì)減小切削力和提高刀具壽命有很大的影響燕瞭。

　　前角越大陶簿，刀具越鋒利，切削力越小黎困，但刀刃強(qiáng)度也會(huì)越低航十，斷屑效果和加工表面質(zhì)量也會(huì)受影響。例如斧呆，加工超高強(qiáng)度鋼時(shí)诊势，為了增加刀刃強(qiáng)度和利于斷屑，可以選擇前角為負(fù)值的硬質(zhì)合金刀具质圾。

　　后角增大可以減少刀具與工件表面的摩擦荔闭，使刀具更加鋒利，精加工時(shí)常選取較大后角棋蒂；粗加工時(shí)毒沥，為了提高刀具強(qiáng)度，則選用小后角拗疯。在前擒蝎、后角的選用上，必須綜合考慮消玄，兼顧各種矛盾跟伏。例如，在加工鈦合金時(shí)翩瓜，由于材料回彈較大受扳、與刀具摩擦劇烈携龟，應(yīng)采用大后角；但考慮到材料切削應(yīng)力大辞色、刀具容易崩刃骨宠，所以前角應(yīng)選取較小值。

　　對(duì)難加工材料的銑削相满，在粗加工時(shí)應(yīng)盡量選擇刀尖圓角半徑R不為0的銑刀层亿。當(dāng)R=0時(shí)，銑刀齒參與切削的面積更多立美，銑削力更大匿又，而且刀尖容易崩刃。在參數(shù)fz=0.05mm/齒建蹄，ap=3mm稿屏，ae=4mm，v=80m/min下饿严，使用R=0mm和R=3mm的2種相同牌號(hào)銑刀銑削TC4 時(shí)的銑削力測(cè)量曲線滋冀。

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