影响航天航空用材料切削加工性能因素分析及其改善的技术途径.docx

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1、影响航天航空用材料切削加工性能因素分析及其改善的技术途径随着航空航天制造业的不断发展，叶片、盘轴、机匣等主要结构件大量采用新型难加工材料制造，这些难加工材料的高效加工问题一直是企业研究的主题，航空航天企业中高性能刀具的使用，使航空制造业机械加工技术迅猛发展，但是买好刀具容易，用好刀具很难。航空制造业刀具降本增效研究成为当务之急。材料的使用要求与切削加工性之间的矛盾日益突出，特别是航空宇航零件，要用到超耐热合金、钛合金、高温和金、含有碳纤维的复合材料等。切削难加工材料时刀具磨损快、易打刀、加工质量难以达到要求，切削效率极低，对于难加工材

2、料，难加工不是绝对的，现在，对某些难加工材料已实现了高速切削，本次报告主要对一些影响航天航空加工材料的切削加工性能因素进行分析，并探讨其改进途径。航空航天零部件不仅采用了很多新结构、新技术和新材料，而且零件构型复杂，刚性较差，这些因素促使发动机等零件机械加工必须大量使用高性能的标准刀具和专用刀具进行加工。目前，发动机盘类零件、轴类零件、机匣类零件加工中外购高性能硬质合金标准刀具和硬质合金非标刀具比例相当。典型中小构件，叶片类零件等以标准刀具为主。在实际加工中刀具的选择主要考虑以下几个因素：工件材料、工件形状、加工要求、加工机床、系统刚

3、性、表面质量技术要求等。以涡轮机匣零件为例，从工件材料上分析，变形高温合金、铸造高温合金等难加工材料大量采用。这些难加工材料导热系数小，比强度大，切削温度高，易产生加工硬化。切削时刀具磨损快，刀具寿命短，刀具消耗量大，因此必须合理选择刀具几何角度。从工件结构上来看，壁薄、刚性差，难加工。加工零件凸起部分时，刀具系统容易与零件、夹具干涉。因此必须对刀具路径进行优化，如用插铣加工代替侧铣、空行程快速走刀、优化抬刀位置、采用螺旋插补等方式进行铣削。从机床的选择上来说，涡轮机匣需要在大功率的加工中心上加工。从加工工序上分析，机匣需要经过粗加工

4、、半精加工、精加工。为了节省刀具费用，在制造这类零件时，粗加工时可采用高性能陶瓷铣刀，半精加工和精加工时采用标准硬质合金刀具和非标高性能专用刀具，这样可显着提高生产效率。从加工经济性方面上来说，刀具配置方案需要不断改进，尽量采用刀具商最新研发的产品。在航空航天机构的主要承力结构中，整体结构件通常采用切削加工，零件成品的质量只占毛坯质量的10%~20%，甚至更低，其余材料都变成了切屑。切削加工过程中，刀具与被加工材料是相互对立又相互联系的，新的材料需要有更新的刀具和更新的方法来实现其高效加工。对难加工材料，通常采用的方法是：根据该材料的

5、特点，列出适合的备选刀具，并在不同切削参数下使用备选刀具进行试切，通过测量加工过程中的切削力、刀具磨损和加工表面质量选取最优刀具。航空航天工件材料的切削加工性能与其本身的物理、力学性能有很大关系。主要影响因素有以下几点：1.材料的导热性工件材料的导热性越好，由切屑带走和由工件散出的热量就越多，越有利于降低切削区的温度，减少刀具的磨损，切削加工性好。例45钢的导热系数为50.2W/(m℃)，而奥氏体不锈钢和高温合金的导热系数仅为45钢的1/3-1/4,这是其切削加工性低于45钢的重要原因之一。而铜、铝及其合金的导热系数很大，为45钢的2

6、-8倍，这是它们切削加工性好的原因之一。2.材料的强度和硬度工件材料的硬度和强度越高，切削力就越大，消耗的功耗也越大，切削温度也越高，使刀具的磨损加剧，切削加工性能就差。特别是工件材料的耐热性越高，这时候刀具材料的硬度与工件材料的硬度之比就越低，切削加工性能就越差，刀具越容易莫顺。这也是某写耐热钢、高温合金钢切削加工性差的主要原因。并不是材料的硬度越低，越好加工。有些金属如低碳、纯铁、纯铜等硬度虽低，但塑性很高，也不好加工。硬度适中的钢材较好加工。此外，适当提高材料的硬度，有利于获得较好的加工表面质量。在切削加工中，被切削层材料产生剧

7、烈的塑性变形，从而发生硬化。材料经加工硬化后，其硬度比原始硬度提高很多，使刀具发生磨损。故加工硬化现象越严重，刀具寿命越短，即材料的加工性越差。金属组织中常有一定数量的细微硬质夹杂物，则使刀具产生严重的磨料磨损，从而降低了材料的切削加工性。3.材料的韧性韧性以冲击值表示。韧性较大的材料，在切削变形时吸收的功较多，于是切削力和切削温度也越高，并且不易断屑，影响切削加工性。有些合金结构钢不仅强度高于碳素结构钢，冲击值也越高，故较难加工。4.材料的塑性材料的塑性越大，切削时的塑性变形就越大，切削温度就越高，刀具容易出现粘结磨损和扩散磨损。在

8、低速切削塑性高的材料时易产生机屑瘤，影响表面加工质量，而且塑性大的材料，切削时候不易切削。但加工塑性太低的材料时候，则成为脆性材料，切削力和切削热集中在切削刃附近，加剧刀具的磨损，也会影响切削加工性。例如，1Cr18Ni