【編者按】加工航空材料要求質(zhì)量輕唆痪，在高溫和低溫條件下比強(qiáng)度高支子、綜合性能好蛮浑、化學(xué)穩(wěn)定性好。鈦合金與超耐熱合金加工用的優(yōu)秀刀具绢慢，應(yīng)該研究改善影響切削力灿渴、熱的各因素，提高冷卻效果胰舆，使切削力骚露、熱下降，熱加快導(dǎo)出缚窿；提高工藝系統(tǒng)各部分剛性棘幸，以抑制振動(dòng)；減少粘結(jié)妨舟，加速排屑等问乌。

　　航空工業(yè)用材料的特點(diǎn)是要求質(zhì)量輕，在高溫和低溫條件下比強(qiáng)度高邦叶、綜合性能好寂齐、化學(xué)穩(wěn)定性好绅厘。為此目的，人們開發(fā)了許多新材料肃逐。當(dāng)代作為金屬航空材料有鋁合金缤纽、鈦合金、超級(jí)耐熱合金撬替；作為航空用復(fù)合材料的有CFRP（碳纖維復(fù)合材料）等唾姊。它們大多數(shù)都是難加工材料传悍。以先進(jìn)的美國(guó)波音飛機(jī)為例梦柬，三十年間，原有的747型飛機(jī)目前已發(fā)展到787型幻狈，其機(jī)體部分材料構(gòu)成為：開始廣泛使用的鋁合金由81%降為20%磺送，鋼由13%降為5%，而鈦合金由4%增加到15%灿意，復(fù)合材料則由4%大幅度增加到50%估灿。同樣，歐洲的最新型空客A350XWB現(xiàn)鋁合金只占20%缤剧，鋼僅占7%外永，而鈦合金增至14%播掷，復(fù)合材料更高達(dá)52%。在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中，低溫低壓部分一般用鈦合金（最近也有部分使用復(fù)合材料CFRP）捧懈。高溫高壓部分多用鎳基等超級(jí)耐熱合金如Inconel 718、Hastelly萨咕、Waspaloy轰坊、Rene 41等。
    屬于難加工金屬材料的鈦合金和超耐熱合金李皇，難切削程度若以含硫易削鋼易削指數(shù)為100計(jì)削茁，奧氏體不銹鋼為45，鈦合金中的Ti-6Al-4V為26掉房，Inconel 718為12茧跋，Rene 41則在5以下，可知難削性依次以2倍多的比例增加蟋扩。
    鈦合金及其加工特性為：

　∽揭蕖（1）切削過程中生成的切削熱高，且導(dǎo)熱性差（約為鋼的1/7络蜘，鋁的1/16）味爷，從而使溫度集中在刀尖刃口，常高達(dá)1000℃以上与沪，故易使刀具因高熱而損傷嫩属；

　⊙趾恪（2）鈦合金彈性模量小，切削受力后瞄惑，彈性恢復(fù)棺厚，會(huì)加劇刀具前后刀面的摩擦，進(jìn)一步增加切削溫度漓楣，加速刀具磨損离钱，還易發(fā)生振動(dòng)；

　×椿肌（3）易加工硬化巧鸭，且自身化學(xué)活性大，易與空氣中氧等反應(yīng)麻捻，使表面變硬纲仍，加劇刀具的磨損；

　    （4）鈦與耐熱合金的切屑易粘結(jié)在刀具上贸毕，在加工中粘結(jié)物被持續(xù)的后加工強(qiáng)制除去時(shí)郑叠，刀具會(huì)造成粘結(jié)損傷，而降低刀具壽命明棍。

　    最廣泛使用的鈦合金是α-β相的Ti-6Al-4V乡革。波音787用的鈦合金是β相的Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr，更難加工摊腋。鎳基超耐熱合金及其加工特性為沸版；其含合金成分比例多，合金元素與碳構(gòu)成各種碳化物和復(fù)雜碳化物歌豺，這些碳化物不溶于合金推穷，而是以極細(xì)顆粒形式彌散分布在晶界，強(qiáng)化晶界宁路，阻止在外力作用下滑移酵抚，使得合金顯示超強(qiáng)硬的性質(zhì)，比強(qiáng)度大猩肪，要加工它們遣睦，必須作更大的功，產(chǎn)生更多的熱旷糟。導(dǎo)熱性又差芜醉，切削中生成的熱量不易排出，使溫度更高巾鹰。鈦合金的難加工特點(diǎn)許多在超耐熱合金中顯示得更劇烈屠睡，其機(jī)械、粘結(jié)其摘、擴(kuò)散和氧化磨損更嚴(yán)重受二，因此它們比鈦合金更難以加工烘俱。

　    為開發(fā)鈦合金與超耐熱合金加工用的優(yōu)秀刀具，應(yīng)該研究改善影響切削力画鉴、熱的各因素绘辈，提高冷卻效果，使切削力桐愉、熱下降财破，熱加快導(dǎo)出；提高工藝系統(tǒng)各部分剛性从诲，以抑制振動(dòng)左痢；減少粘結(jié)，加速排屑等盏求。這些原則如何在切刀抖锥、立銑刀亿眠、面銑刀碎罚、鉆頭具體設(shè)計(jì)、選材和切削條件設(shè)定上落實(shí)纳像，以國(guó)外的SIMTEK荆烈、SGS公司為例，說(shuō)明如下：

　    先介紹他們?yōu)榇碎_發(fā)的新材料和涂層竟趾。德國(guó)SIMTEK公司開發(fā)了車削內(nèi)外槽的GT45憔购、FT45、HT45回象、GX79罚琅。用于銑槽的GT42和GT79。它們既可用于鈦合金也可用于超耐熱合金的加工东呻。美國(guó)SGS公司開發(fā)了特殊涂層Ti-NAMITE-A(AlTiN)南谈，由于其特殊的沉積技術(shù)與組織結(jié)構(gòu)，加工鈦合金和超耐熱合金取得了很好效果草吠。另一種Ti-NAMITE-B(TiB2)涂層国谬，硬度達(dá)到HV4000，可用于加工鋁硅合金燎隅。他們用于制造刀具基體的材料都是超微粒硬質(zhì)合金程堤，加以獨(dú)自開發(fā)的專用涂層，實(shí)現(xiàn)了硬度和韌性綜合機(jī)械性能的進(jìn)一步提高扁奔。

　    航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件上有許多槽谍线，加工它們需要性能優(yōu)異的切槽刀。槽加工由于三面受力暖谚，切削阻力大工斤，切削熱高壳坪，散熱、冷卻掰烟、排屑爽蝴、剛性等條件差。德國(guó)SIMTEK公司開發(fā)了多種V形塊定位夾緊模塊化結(jié)構(gòu)纫骑，大大提高了刀片的安裝剛性蝎亚。它們除可加工各種槽外，換上別的刀頭還可以加工各種孔先馆、不同標(biāo)準(zhǔn)的螺紋发框。這對(duì)航空零件整體制造、保證在一次安裝中能加工出許多表面煤墙、要求保證相互位置精度高的零件非常有利梅惯。針對(duì)航空難加工材料（包括鈦合金和超耐熱合金），SIMTEK公司的優(yōu)質(zhì)刀片材料車削切槽時(shí)仿野，切削鈦合金為60～110m/min铣减，切削鎳基耐熱合金為30～50m/min。車削切槽所用刀片對(duì)應(yīng)不同的加工有適合的斷屑槽脚作。

　    對(duì)一般的立銑刀而言葫哗，刀齒的進(jìn)入、退出是周期性的卓瞻，這可能形成破壞性的簡(jiǎn)諧振動(dòng)笤吵，并進(jìn)而造成整個(gè)刀具的共振損傷。美國(guó)SGS公司由于他們的專利特色設(shè)計(jì)更扰，其多款立銑刀很大程度上抑制了加工中的振顫叹倒，如Z-CARB-AP型除具有不等齒槽螺旋角外，齒槽間的間距也不等装呢，還具有專利的可變前角結(jié)構(gòu)等甩芦，從多方面來(lái)抑制振動(dòng)，減少并穩(wěn)定切削力猩禀，使加工質(zhì)量吕罩、效率、刀具壽命均得以提高躯橡。它們加工鈦合金的切削速度為91～104m/min等跳，加工超耐熱合金（硬度≤300）的切削速度為24～30m/min。

　    Z-CARB-AP型立銑刀廉屑、Z-CRAB-HTA系列立銑刀則專門針對(duì)高溫合金的加工進(jìn)行了獨(dú)特的幾何形狀設(shè)計(jì)萌狂，也具有獲得專利的多種螺旋槽』巢矗可變的螺距可抑制諧振茫藏，其螺旋角較大误趴，從而改善對(duì)耐熱合金的剪切和切離功能，也使加工的平衡和穩(wěn)定性得以提高务傲，又精心設(shè)計(jì)了其芯部結(jié)構(gòu)凉当，使它在嚴(yán)酷的加工環(huán)境中提高了強(qiáng)度和剛性。在工件硬度≤300時(shí)售葡，切削速度達(dá)27～40m/min看杭。硬度≥300時(shí)，切削速度達(dá)24～37m/min挟伙。

　    V-CRAB五刃立銑刀由于具有奇數(shù)刃楼雹、變化的齒距和齒形，可降低諧振尖阔，提高加工光潔度贮缅，減少切削力，增強(qiáng)剛性疫题，提高生產(chǎn)效率焕鲸。奇數(shù)多刃齒的立銑刀若再增加齒數(shù)（例如增加到7刃、9刃跺鬼、11刃等）盘贤，除保持上述優(yōu)點(diǎn)外，因?yàn)槊糠昼姷倪M(jìn)給量F=N（每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)）×fz(每刃齒進(jìn)給量)×Z（刃齒數(shù)）墩沸。因刃齒數(shù)的增加，直接按比例增加了每分鐘進(jìn)給量與生產(chǎn)效率响攘。

　    多刃齒立銑刀一般齒槽多址嘴，但齒槽淺，芯部較粗千有，刀具剛性高蚀弹，加工精度、穩(wěn)定性胶向、刀具壽命均得以改善减叫。SGS的許多立銑刀都采用獲得專利的冷卻射流技術(shù)，通過可中心供冷卻液的機(jī)床主軸裕坊，使冷卻液沿立銑刀外四條相互成90°油槽和螺旋槽一直通達(dá)切削部位包竹。它能更好地實(shí)現(xiàn)冷卻效果，保持恒定籍凝、適當(dāng)?shù)那邢鳒囟戎芟梗乐惯^熱，減少黏附和積屑瘤饵蒂，提高切削速度和刀具壽命声诸，加速排屑酱讶，防止切屑損傷工件，并提高加工精度和表面質(zhì)量彼乌。SGS公司有一種Hi-PerCarb高性能雙刃帶鉆頭泻肯，其特點(diǎn)是：由于在原螺旋槽外，刃背再開出一條螺旋槽而構(gòu)成雙刃帶慰照，雙刃帶結(jié)構(gòu)使導(dǎo)向软免、定心點(diǎn)增多，加工穩(wěn)定性高焚挠，冷卻液暢通膏萧，冷卻性能好，排屑性能大為提高挖毅，切削熱生成少尤稍，加工表面光潔度高，刃口的特殊處理保護(hù)了刀刃倡搞。頂部螺旋槽構(gòu)成的前刀面上磨出的兩凹槽弓匪，修磨了橫刃，能分?jǐn)嗲行几缦浚龃筮M(jìn)給能力盲拣，減少軸向力。鉆頭表面有耐高溫特殊的Ti-NAMITE-A(AlTiN)涂層惋蛉，可提高切削速度摘裕，進(jìn)行高效加工。它除適合航空難加工材料鉆削外鹅但，也適合一般鋼拥耍、鑄鐵、不銹鋼的鉆削协熙。其加工精度高审拉，很多情況下，可省去鉸孔工序饲窿。在普通設(shè)備上可方便地進(jìn)行磨損后的再重磨煌寇。

　    復(fù)合材料是兩種或兩種以上不同特性材料組合起來(lái)，使之成為某種特定性能的材料逾雄。其基體材料常用樹脂阀溶、陶瓷、金屬等嘲驾。增強(qiáng)材料則主要是纖維材料淌哟。過去玻璃纖維用得很多，它們和樹脂復(fù)合構(gòu)成的GFRP，被稱為玻璃鋼徒仓。還有芳綸復(fù)合材料AFRP用得也很多腐碱。當(dāng)今以特殊熱處理工藝制成微細(xì)碳結(jié)晶而構(gòu)成的碳纖維，因其質(zhì)輕又具有優(yōu)良的性能掉弛，應(yīng)用日益廣泛症见。常用的碳纖維復(fù)合材料CFRP是以碳纖維為增強(qiáng)材料，以環(huán)氧樹脂等為基體材料構(gòu)成殃饿。碳原子固有的特性是低密度谋作、低熱膨脹率、耐熱性好帮色、化學(xué)穩(wěn)定性好缩棉、自潤(rùn)滑性好。CFRP硬度高（HRC53～65）導(dǎo)熱性差（導(dǎo)熱性僅為奧氏體不銹鋼的1/5～1/10）瑟哺。但它的比強(qiáng)度颂梆、比剛度高，抗疲勞性好弹梁，耐熱性好览雁。切削加工時(shí)，由于其導(dǎo)熱性差动院，局部熱量集中胜通，易發(fā)生燒傷，由于各向異性芽堪、層間強(qiáng)度低宅溃，加工中易產(chǎn)生分層、撕裂隅本、毛邊实愚、表面質(zhì)量差等缺陷。再加上切屑為粉塵狀兔辅，污染環(huán)境，危害人體健康击喂。故屬于難加工材料维苔。

　    碳纖維等復(fù)合材料與金屬的切削原理和過程不同。金屬切削是切刃切入懂昂，使被切金屬產(chǎn)生剪切滑移形成各類切屑的過程介时，而碳纖維復(fù)合材料是通過鋒利的刀刃去強(qiáng)制折斷纖維和切斷環(huán)氧樹脂層。纖維如磨料反過來(lái)摩擦磨損刀具凌彬。碳纖維復(fù)合材料主要用在飛機(jī)機(jī)體沸柔，故它的加工多為鉆削、銑削。鉆削通常用的麻花鉆由于頂部存在橫刃褐澎，橫刃不產(chǎn)生切削作用会钝，只是擠壓滾卷纖維，是鉆削軸向分力和切削熱的主要來(lái)源工三。再加上碳纖維復(fù)合材料導(dǎo)熱性極差狞吏，很容易造成燒傷。

　    SGS公司的120系列8面4刃雙刃帶特殊鉆頭舍娜，載荷分配平滑均勻仁沃，加工精度高，加工表面質(zhì)量好谨敏，鉆孔進(jìn)出口處分層赡析、起毛很少，磨損磨蝕小考皂，鉆頭壽命長(zhǎng)奇搪。特別再加上金剛石涂層Di-NAMITE，加工質(zhì)量更高靠鸦、壽命更長(zhǎng)岛宵。

　    SGS公司的20-CCR系列是專為加工航空碳纖維材料而設(shè)計(jì)開發(fā)的立銑刀，在大多數(shù)情況下苔巍，可降低甚至消除纖維破裂滚吱，減少分層剝離。它有公制避归、英制兩種荣月。公制的直徑有6～12mm。刀齒有帶金剛石涂層Di-NAMITE的和不帶涂層的兩類梳毙。

　    SGS公司在復(fù)合材料精銑加工方面哺窄，還有一種獨(dú)特結(jié)構(gòu)的25系列立銑刀。此系列立銑刀同時(shí)具有左账锹、右螺旋槽和由它們形成的兩圓周刃萌业。由于左、右螺旋對(duì)工件作用力相反奸柬，原有的拉扯力量被壓縮力量抵消生年，最大限度地減少了復(fù)合材料加工中出現(xiàn)的分層、毛邊等損傷廓奕。它還帶有金剛石涂層Di-NAMITE抱婉，進(jìn)一步提高了立銑刀的硬度和耐磨性，可長(zhǎng)期保持切刃的鋒利性桌粉，減少了切削負(fù)荷蒸绩，延長(zhǎng)了刀具壽命衙四，并提高了加工質(zhì)量。

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