航空航天材料的高速切削

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1、航空航天材料的高速切削日期:2009-02-17大 中 小　来源：中国刀具商务网　　现代航空航天机体所用材料中金属材料占有较大比例，它们主要是轻合金(铝合金、镁合金)、合金钢和钛合金(如表2．8与表2．9中民航机和军用机的使用材料情况)，复合材料已成为现代航空航天机体必不可少的材料，目前使用的复合材料主要是纤维增强树脂基复合材料。从表2．8与表2．9中还可以看出：复合材料和钛合金在飞机机体上使用的比例有逐年增加的趋势，特别是在军用机上。现代喷气式发动机上压气机部分主要用钛合金制造，铁基和镍基合金也占一定比例。燃烧室和涡轮部分主要用镍

2、基高温合金。未来的航空航天机体及其发动机在沿用已有先进材料的同时，金属间化合物、陶瓷及以它们为基体的复合材料，碳／碳复合材料，金属基复合材料和铌合金、钼合金等将正式应用并占领重要地位。本节主要介绍铝合金、镁合金、钛合金和高温合金的高速切削技术。　　1．铝及铝合金　　铝及其合金是银白色的金属材料。铝的密度为2．7g／cm3，仅为钢的1／3左右，它还具有良好的耐腐蚀性，因为在它的表面上很容易形成一层致密的Al2O3保护膜。纯铝的强度不足，熔炼时在铝中加入适量的硅、铜、镁、锌、锰等元素就成为铝合金。铝合金具有较高的强度，能用于制造承受载荷

3、的机械零件。经过一定的热处理，其强度可以进一步提高。从表2—8和表2．9中可以看出，虽然铝合金的用量呈下降趋势，但在民航机中，使用最多的仍然是铝合金，铝合金是首选的航空材料，在军用机中也占有较大比例。　　表2-8 民航机使用各种结构材料的重量百分比　　(A表示空中客车系列，B表示波音系列) 铝合金钢钛合金复合材料其他第一代  0.2%3.2% 第二代3：47430084%、76%13%、13%4%、4%1%、5%1%、2%第三代B768B757、432078%、76.5%12%、13.5%2%、6%、4.5%3%、3%5.5%1%

4、、2%第四代B777A34070%75%8%2%11%、8%1%、3%　　铝合金按生产工艺分为变形和铸造两大类。变形铝合金包括防锈铝合金、硬铝合金和超硬铝合金及锻铝等，我国的牌号分别是LF、LY和LC及LD，美国为5000系列、2000系列禾H7000系列。某些硬铝合金与锻铝合金又称易切削铝合金如2024(美国牌号，相当于LYl2)，6061(相当于I,D30)，6063(相当于LD31)等。防锈铝合金用于制造飞机油箱、火箭燃料存贮箱、蒙皮、骨架等不承力或低承力部件。硬铝合金表面包一层纯铝，以增加其耐腐蚀性，用以制造中等强度的结构件

5、，如骨架、支柱、隔框、蒙皮、螺旋桨桨叶等。加入锌、镁、铜等元素的超硬铝合金的比强度相当于高强度钢，用于制造主要的承力部件，如大梁、桁条、翼肋、加强框、蒙皮、起落架部件等。铸造铝合金含有较多的铜、硅等合金元素，能铸造出各种复杂形状的零件，但因其塑性差而不宜压力加工。我国铸造铝合金的牌号是ZL，铸造铝合金用来制造发动机的气缸体、活塞、油泵等。近年来高强度铸造铝合金广泛用于飞机结构中，代替锻件和型材。　　近年来，航空上使用的铝合金几乎全是改进的铝合金。改进的方法包括微调化学成分，提高铝合金的纯度，使铁、硅等杂质含量降低，加入高熔点稀土元素

6、，细化晶粒租改进塑性等。美国出现了改进的2124、2224、2324、2048、7050、7150、7175、7475合金；俄罗斯有改进的B96。为进一步降低密度，自20世纪20年代起人们就探索铝锂合金的开发，目前西方已有20多种牌号的铝锂合金，其中用量较大的是2090和8090，俄罗斯用于战斗机和民航机的铝锂合金牌号主要1420合金，在1420合金基础上改进的1421和1423合金、高强度和耐腐蚀的1450与1451合金等。铝锂合金主要用于制造飞机机身和机翼蒙皮、控制舵面、桁条、机身框架、导弹壳体等。据统计，在航天工业中每减轻lk

7、g结构重量所获得的经济效益比航空工业高10倍以上，所以航天工业更重视使用铝锂合金，它们用于制造燃料存贮箱、卫星结构件和空间站等。　　we易切削铝合金在航空航天工业应用较多，适用的刀具有K10、K20、PCD(聚晶金刚石)等，切削速度在2000～5000m／min，进给量在3～20m／min，材料去除率30～40kg／h。刀具前角为12°～18°，后角为10°～18°，刃倾角可达25°。铸铝合金根据其Si含量的不同，选用的刀具也不同，对Si含量小于12％的铸铝合金可采用K10、Si3N4刀具，当Si含量大于12％时，可采用PCD及CV

8、D金刚石涂层刀具。对于Si含量达16％～18％的过硅铝合金，最好采用PCD或CVD金刚石涂层刀具，其切削速度可达1100m／min，进给量为0．125mm／r。聚晶金刚石(PCD)是高速加工铝合金比较理想的刀具材料。国内外各厂家生产的