【編者按】當(dāng)前篮啦，減輕飛機(jī)重量這一目標(biāo)正在促使航空航天工業(yè)采用越來(lái)越多的特種材料玄窝，例如復(fù)合材料奕塑、鈦合金和鉻鎳鐵合金核必。相比普通材料茸汇，此類材料重量更輕，強(qiáng)度更高荒鳖，但在加工方面居饵，特別是銑削和鉆削方面，它們各自擁有不同的加工難題垮撇。

　　在銑削和鉆削加工中法简，航空航天制造商通常使用整體硬質(zhì)合金刀具和/或整體高速鋼刀具。在此類加工過(guò)程中状堰，制造商必須盡可能達(dá)到最高的質(zhì)量水平——這往往通過(guò)密切地監(jiān)控和維護(hù)工藝安全性來(lái)實(shí)現(xiàn)蓝鹿。雖然存在對(duì)零件成本的擔(dān)憂，但在大多數(shù)情況下糯驯，生產(chǎn)完美的零件是優(yōu)先考慮的事項(xiàng)贰往，而提高生產(chǎn)率則一般處于次要地位。

　　借助機(jī)床和刀具的可預(yù)測(cè)性能耙福，航空航天制造商力求實(shí)現(xiàn)工藝安全性和一致性伊厉。在刀具方面，航空航天制造商必須擁有可提供幾乎完全一致的精確刀具壽命的銑刀和鉆頭坦冠。而且形耗，即使他們知道刀具的具體使用壽命哥桥，也會(huì)在刀具完全磨損之前，提早安排機(jī)床更換刀具激涤。

　　得益于機(jī)床和刀具技術(shù)拟糕，復(fù)合材料、鈦合金和鉻鎳鐵合金等材料已經(jīng)從過(guò)去幾乎無(wú)法加工倦踢，發(fā)展到如今航空航天制造商能夠充滿信心地高效加工的階段送滞。帶來(lái)更佳工藝控制和一致性的一種刀具技術(shù)便是先進(jìn)的特制整體銑刀和鉆頭。這種刀具專為克服此類材料的加工難題而開(kāi)發(fā)辱挥。通過(guò)整合多種創(chuàng)新性鍍層和槽型犁嗅，并配以先進(jìn)的加工技術(shù)和方法，這些特制刀具不僅能提供工藝安全性晤碘，而且能提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)量褂微。

　　銑削

　　復(fù)合材料。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)加工在航空航天工業(yè)中蓬勃發(fā)展哼蛆。然而蕊梧，由于此類材料極為耐磨和強(qiáng)韌，因此難以使用常規(guī)銑削刀具進(jìn)行加工沮念。此外配亮，加工時(shí)還必須防止發(fā)生分層(即，各個(gè)碳纖維層分離)澜碎。通過(guò)使用堅(jiān)硬增荐、鋒利且采用特殊表面鍍層的整體硬質(zhì)合金銑刀，可以輕松應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)嫡境。

　　常用的兩種鍍層工藝是物理氣相沉積(PVD) 和化學(xué)氣相沉積(CVD)贯森，此外還有一種高級(jí)切削材料多晶金剛石(PCD)。PVD 鍍層屬于物理工藝褒饱，包括氮化鋁沛目、氮化鉻和氮化鈦鍍層，其維氏硬度約為3000援儡。通過(guò)化學(xué)工藝CVD 形成的金剛石鍍層的硬度大約高出三倍以上莲赐，達(dá)到 10000 維氏硬度等級(jí)。PCD 刀具采用整體PCD片酿装，這些 PCD 片可通過(guò)銅焊固定到整體硬質(zhì)合金基體上访递。

　　從槽型的角度來(lái)看，高效的復(fù)合材料刀具采用低螺旋角來(lái)減小材料片層上承受的軸向力同辣，以防止發(fā)生分層拷姿。此外，同時(shí)具有左螺旋和右螺旋的刀具也是加工復(fù)合材料的高效槽型旱函。此類刀具通常被稱為壓縮刀具响巢，在側(cè)銑時(shí)描滔，它們可將切削力導(dǎo)向到工件厚度的中心并進(jìn)行壓縮，以保持片層完好無(wú)損抵乓。不僅如此伴挚，此類刀具槽型還有利于更靈活地切削復(fù)合材料。

　　雖然壓縮刀具是一種常用方法灾炭，但山高等刀具公司開(kāi)發(fā)了具有不同新槽型(如雙螺旋)的壓縮刀具。例如颅眶，山高開(kāi)發(fā)了兩款這種類型的雙螺旋壓縮刀具蜈出。一款是具有平滑切削刃的多刃刀具。另一款具有較少的刀刃涛酗，可提供更大的切屑間隙净处，而且其切削刃上還有斷屑槽。第二款主要用于粗加工居鸳，而第一款無(wú)斷屑槽的多刃刀具則可以提供理想的精加工性能婉固。

　　就加工技術(shù)而言，復(fù)合材料的切削參數(shù)通常取決于各種材料自身常彰。用于復(fù)合材料的整體硬質(zhì)合金刀具的典型速度約為150 m/min稼乃，而進(jìn)給率約為0.07 mm。但要注意盼涵，在這組材料中之仍，使用了多種不同類型的粘接劑，而每種粘接劑都需要各自不同的速度和進(jìn)給率古告。這些粘接劑的熔點(diǎn)通常決定切削復(fù)合材料時(shí)的速度和進(jìn)給率楔答。此外，纖維含量和纖維方向也對(duì)加工工藝(決定切削速度圣界、進(jìn)給率和最佳刀具路徑)有著顯著的影響更假。鈦合金。在航空航天工業(yè)中贷币，鈦合金通常用于三個(gè)基本應(yīng)用領(lǐng)域：飛機(jī)結(jié)構(gòu)件击胜、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的低溫段部件和起落架系統(tǒng)。一種常用的鈦合金是5553片择，屬于近-β 相合金潜的，通常用于制造起落架零件。TiAl6-4 屬于α-β相合金字管，是應(yīng)用最廣泛的鈦合金材料之一啰挪，尤其適用于制造結(jié)構(gòu)件。

　　令鈦合金難以加工嘲叔、具有較低可加工性能的主要因素是其較低的導(dǎo)熱性能亡呵、較高的粘著性和加工硬化等因素抽活。鈦合金具有低導(dǎo)熱性，這意味著在切削過(guò)程中產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到刀具中锰什，而不是被切屑從切削區(qū)帶走下硕。鈦合金的高粘著性意味著切屑往往會(huì)粘在刀具上，從而產(chǎn)生極長(zhǎng)的切屑汁胆，而不是所希望的更易于排出的較短切屑梭姓。該材料的加工硬化性能會(huì)在加工時(shí)發(fā)生，導(dǎo)致材料表面由于加工產(chǎn)生的壓力效應(yīng)而出現(xiàn)一層薄薄的硬化層撰类。

　　雖然可以使用適合加工多種材料的通用型整體硬質(zhì)合金刀具對(duì)鈦合金進(jìn)行加工驱请，但那些針對(duì)鈦合金的加工特性而專門(mén)設(shè)計(jì)的刀具一般會(huì)提供更出色的加工效果。此類特殊的刀具具有極佳的性能拼建，但在處理多種不同材料時(shí)墓永，其通用性可能較差。

　　例如辜尝，山高的方案中有專為鈦合金和不銹鋼而設(shè)計(jì)的高速鋼(HSS) 刀具毫蚁。Jabro? HPM(高性能加工)系列中的部分刀具也是專為鈦合金等特定材料牌號(hào)設(shè)計(jì)的。此類刀具采用了特殊的槽型和設(shè)計(jì)雳址，特別適合加工鈦合金析深。

　　槽型和設(shè)計(jì)包括40 到50 度之間的大螺旋角;內(nèi)冷通道，可使切屑不會(huì)粘到刀刃上并快速排屑供撵，同時(shí)還有助于冷卻切削區(qū);不均等的齒距郊男，可在高切深過(guò)程中減少振動(dòng);將硬質(zhì)合金與氮化鋁鉻鍍層相結(jié)合。未使用氮化鈦蔗括，這可防止刀具和材料之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)孵堪。

　　一些特定因素可決定是使用整體硬質(zhì)合金刀具還是使用 HSS 刀具，而主要因素是刀體直徑虽风。當(dāng)應(yīng)用場(chǎng)合要求使用更小直徑的刀具時(shí)棒口，當(dāng)工件幾何形狀極為復(fù)雜時(shí)，或如果需要大切深(ap)時(shí)辜膝，應(yīng)使用整體硬質(zhì)合金刀具无牵。

　　對(duì)于復(fù)雜性較低的大批量工件，如果要求大切寬(ae) 和大切深(ap) 厂抖，則建議使用 HSS 刀具茎毁。當(dāng)使用高扭矩和高馬力的舊式傳統(tǒng)機(jī)床時(shí)，也應(yīng)考慮使用此類刀具忱辅。

　　鉻鎳鐵合金七蜘。在航空航天制造業(yè)中，鉻鎳鐵合金零件通常非常昂貴墙懂，不僅僅是材料本身的成本橡卤，還包括在進(jìn)入加工階段前為了生產(chǎn)它們而花費(fèi)的時(shí)間扮念。已經(jīng)對(duì)它們進(jìn)行了數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天的加工后，如果零件報(bào)廢碧库，則會(huì)帶來(lái)巨大的失柜与。

　　鉻鎳鐵合金和鈦合金之間存在某些相似之處。但就可加工性而言乞哀，鉻鎳鐵合金(鎳基高溫合金)是最難加工的材料谤变。它們具有極低的導(dǎo)熱性和極高的應(yīng)變硬化，甚至高于鈦合金趣情。鉻鎳鐵合金還具有高粘著性磨澡，因此在用于傳統(tǒng)加工方法時(shí)芝囤，切削速度很少會(huì)超過(guò)25 或30 m/min。

　　用于加工鉻鎳鐵合金的刀具槽型與用于鈦合金加工的槽型有很大的不同验阱。鉻鎳鐵合金槽型具有非常陡的后角蜂棒。這種槽型可最大限度減少刀具和材料的接觸岔雾。這一點(diǎn)至關(guān)重要，因?yàn)殂t鎳鐵合金具有塑性和高記憶性董株，這意味著它會(huì)在受到刀具的作用力時(shí)稍微彎曲黑乞。因此，刀具傾角和材料的接觸時(shí)間越長(zhǎng)膛姊，刀具發(fā)生的磨蝕就越大拟祖，而其使用壽命就越短。為進(jìn)一步降低刀具和鉻鎳鐵合金間的摩擦擦酌，山高采用了氮化鋁鈦鍍層俱诸。該鍍層已進(jìn)行了拋光，擁有極其平滑精細(xì)的表面粗糙度赊舶。

加工中的JC840

　　鈦合金和鉻鎳鐵合金的四種加工方法

　　鈦合金和鉻鎳鐵合金有四種基本的加工技術(shù)或方法睁搭。第一種是傳統(tǒng)加工，該方法需要在1x1的ae 和ap 之間尋求平衡笼平。也就是說(shuō)园骆，加工采用全切寬(1*Dc)、一定的切深(最大為刀體直徑1 倍)和平均進(jìn)給率寓调。

　　第二種方法是高性能加工(HPM)锌唾，該方法需要使用專為鈦合金和鉻鎳鐵合金設(shè)計(jì)的刀具，例如山高的HPM系列刀具夺英。這些刀具在采用大切深ap (最大為1.5*Dc)和 全切寬ae的情況下運(yùn)行晌涕。在短時(shí)間內(nèi)可切除大量金屬，從而提升生產(chǎn)率秋麸。

　　第三種方法是高進(jìn)給加工(HFM)渐排，該方法使用極小的軸向切深ap 和全切寬ae馆柬，因此切寬為1 * Dc。該方法使用的特定刀具槽型可將切削力引導(dǎo)到機(jī)床主軸上烤酌，因此尤其適用于以下應(yīng)用場(chǎng)合：因刀具懸伸長(zhǎng)和復(fù)雜應(yīng)用(如深度為5 * Dc 及以上的槽)而造成不穩(wěn)定的加工工況吻霎。

　　第四種加工方法是高速加工(HSM)，該方法使用相當(dāng)?shù)偷腶e 徑向切深和極大的ap 切深惫康。由于徑向切深相對(duì)較低睹梢，因此具有較小的接觸弧，這有助于減少切削區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的熱量(因接觸時(shí)間較短)赢瘦，從而允許較高的切削速度進(jìn)行補(bǔ)償和提高生產(chǎn)率九窿。

　　機(jī)床和切削刀具的發(fā)展使得這些方法得以實(shí)現(xiàn)。例如汇泰，山高的HPM 刀具槽型具有特殊特性坦膘，如不均等的齒距、彎曲的螺旋角柄立，這為高性能加工方法提供了必要的穩(wěn)定性承跟。在高進(jìn)給和高速加工中，這些方法通常依賴于機(jī)床的能力和刀具槽型绊寻。

　　在很大程度上花墩，機(jī)床和刀具需要協(xié)調(diào)工作來(lái)滿足航空航天制造商的特定材料加工要求。正確的機(jī)床和正確的刀具都必須具備澄步。這在高進(jìn)給和高速加工中尤為如此冰蘑，該類加工不僅需要具有高進(jìn)給率的機(jī)床，還需要能夠處理與高進(jìn)給和高速銑削加工相關(guān)的更大程序和NC 文件的CNC 控件村缸。

　　JHP770_&_JHP780

　　鉆削

　　復(fù)合材料祠肥。對(duì)于航空航天應(yīng)用，復(fù)合材料中的鉆孔必須完整王凑，不允許有干涉和影響后續(xù)組件加工工序的粗糙或磨損的纖維搪柑。

　　復(fù)合材料鉆削的兩個(gè)常見(jiàn)難題是材料分層和纖維未切斷，特別是在工件的背側(cè)或出口側(cè)索烹。鉆削時(shí)工碾，刀具的作用力向下壓材料，隨著鉆頭靠近出口側(cè)百姓，過(guò)大的作用力會(huì)導(dǎo)致鉆頭生硬地?cái)D破(而不是鉆削)孔的最后一部分渊额。結(jié)果會(huì)造成復(fù)合材料纖維粗糙或磨損，而不是干凈地切削垒拢，從而導(dǎo)致材料分層驶滚。

　　為了克服這些挑戰(zhàn)，刀具公司通過(guò)在鉆頭上使用不同的鉆尖角和螺旋角來(lái)盡可能減小鉆頭在材料上施加的進(jìn)給作用力。應(yīng)注意换秧，一些鉆頭槽型會(huì)產(chǎn)生與其他鉆頭相比更小的進(jìn)給作用力悦级，性能更出色。

　　例如辫航，140 度的鉆尖角(最常用于整體硬質(zhì)合金鉆頭)在鉆削復(fù)合材料時(shí)非常適合鉆削多個(gè)孔斑渠。但不幸的是，只要刀具變鈍就會(huì)失去效力漓惕。憑借用于加工復(fù)合材料的C1 金剛石鍍層整體硬質(zhì)合金鉆頭榕诬，山高提供了一個(gè)具有兩個(gè)鉆尖角(中心為130 度角，鉆頭倒角上為60 度角)的槽型每贮。加工時(shí)菜犀，鉆頭的中間點(diǎn)先從孔末端退出，切掉孔的部分材料.這樣榔汤，當(dāng)60 度部分退出時(shí)栽斑，鉆頭穿過(guò)材料的進(jìn)給作用力會(huì)顯著減少。因此残炮，材料分層和未切削的纖維(如果有)會(huì)更少畏铆。

　　除了 2 刃金剛石鍍層鉆頭外，山高還為復(fù)合材料開(kāi)發(fā)了一種獨(dú)特的 3 刃 PCD 尖鉆頭槽型吉殃。這種新型 PCD 鉆頭槽型的工作條件與標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合材料鉆頭相同，但其效果更好楷怒，因?yàn)樗那邢魅懈?三刃)蛋勺。鉆頭有更鋒利的切削刃且每轉(zhuǎn)產(chǎn)生的進(jìn)給作用力更小，特別是在退孔時(shí)鸠删。此外抱完，與金剛石鍍層相比，該鉆頭擁有完整的 PCD鉆尖刃泡，在多數(shù)情況下刀具壽命可延長(zhǎng)多達(dá)四倍巧娱。

　　鈦合金。在航空航天領(lǐng)域烘贴，大多數(shù)孔徑都很小禁添。對(duì)于小于1 mm，最大不超過(guò)20 mm 的直徑庸伏，整體硬質(zhì)合金鉆頭廣泛用于鈦合金和鉻鎳鐵合金的鉆削領(lǐng)域与笛。

　　與銑削鈦合金一樣，鉆削工藝產(chǎn)生的熱量也易于進(jìn)入刀具中技乡，而不是在切屑內(nèi)帶走得惩。為了解決這一問(wèn)題，鉆頭槽型通常都具有非常鋒利的切削刃技碍。通常皇苫，由于需要極為鋒利的切削刃创靴，用于鈦合金的鉆頭都沒(méi)有鍍層。另外烈拉，鍍層在一定程度上會(huì)增加摩擦偶刃，增大了熱量生成。更重要的一點(diǎn)是捅没，在加工后材料會(huì)收縮叭舰。因此，鉆體上需要一個(gè)更大的倒錐舀黄。

　　鉻鎳鐵合金忱当。由于鉻鎳鐵合金具有非常強(qiáng)的磨蝕性和硬化性，因此用于該材料的高效鉆頭槽型基本上與用于鈦合金的鉆頭槽型相同治专。但是卖陵，該鉆頭槽型添加了鍍層，以便增加耐磨性并減小摩擦张峰。例如泪蔫，山高使用氮化鈦鋁鍍層來(lái)保護(hù)其鉻鎳鐵合金鉆頭并延長(zhǎng)使用壽命。

　　鉆削鉻鎳鐵合金時(shí)喘批，需要使用較低的速度和進(jìn)給量撩荣，因?yàn)樵摬牧细病⒏y以切削饶深。與銑削鉻鎳鐵合金一樣餐曹，在鉆削時(shí)，該材料的切削性能也會(huì)發(fā)揮作用敌厘。在航空航天應(yīng)用領(lǐng)域中台猴，鉻鎳鐵合金組件的孔深通常不超過(guò)3 xD。

　　鍍層在提高航空航天鉆削工藝安全性和生產(chǎn)率方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用俱两，山高等刀具公司一直致力于獲得更好的控制和掌握鉆頭切削刃的處理技術(shù)饱狂。通過(guò)鍍層的各種有效變化(如氮化鈦鋁)和對(duì)切削刃的控制，山高已能夠開(kāi)發(fā)出可將鉆削速度和進(jìn)給率提升一倍的鉆頭舶酒。

　　將來(lái)會(huì)對(duì)現(xiàn)有槽型進(jìn)行更多的改造装魁，以進(jìn)一步提高鉆頭性能。很多這些微小變化只有在當(dāng)今先進(jìn)機(jī)床技術(shù)的幫助下才能實(shí)現(xiàn)或變?yōu)榭赡茜珠佟Ｃ磕赀M(jìn)行數(shù)百萬(wàn)鉆孔作業(yè)的航空航天制造商已經(jīng)將他們的目光投向了這些特制鉆頭上歉冷。

　　結(jié)論

　　要高效地加工航空航天業(yè)中目前遇到的挑戰(zhàn)性材料，關(guān)鍵是獲得完整的加工解決方案岗憨，而不僅僅是獲得一個(gè)產(chǎn)品乳后。完整的刀具解決方案不僅包括必要的槽型和設(shè)計(jì)，還包括應(yīng)用工程支持。人員的豐富知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)與先進(jìn)的產(chǎn)品相結(jié)合确奄，可以形成一個(gè)完整的解決方案并實(shí)現(xiàn)理想的結(jié)果麸媒。

　　零件質(zhì)量和工藝安全性要求手頭上擁有專為特定應(yīng)用(無(wú)論是復(fù)合材料、鈦合金闪铸、還是鉻鎳鐵合金)而設(shè)計(jì)的最佳刀具胚览。但是，該刀具必須從能夠并且愿意提供刀具操作指導(dǎo)的供應(yīng)商處獲取需五，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)性能鹉动。為了充分利用當(dāng)今專為堅(jiān)韌的航空航天材料而設(shè)計(jì)的先進(jìn)刀具，教育和培訓(xùn)是關(guān)鍵宏邮。

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