陶瓷刀具在发动机鼓筒零件加工中的应用.pdf

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1、陶瓷刀具在发动机鼓简零件加工中的应用ApplicationofCeramicToolinAeroengineDrumCylinderPartMachining中航工业沈阳黎明航空发动机(有限)责任公司赵鹏飞谭薇文宝林曾维康范鑫采用陶瓷刀具在数控车床上加工鼓类零件，可以提高加工自动化程度，减少人为因素的影响．提高加工效率和质量。有效地缩短生产周期。对提高鼓类零件的加工技术水平，缩小与世界先进国家的差距，增强企业的市场竞争能力具有重要的现实意义。通过在鼓筒零件上应用陶瓷刀具。进行数控高效加工的加工方案的实施

2、，提高零件加工质量与效率，解决制造瓶颈的问题。实现减少单台加工时间10h以上的目标。赵鹏飞酬棰耋篓鬟挈型垒警动机盘鼓零件精车加工中的余量去除过程，开展陶制造技术研究工作多年o1”—r．””—L．’”月、4“”、“⋯4∥”“⋯瓷刀具的高效加工应用研究，着力解决制约生产过程的关键问题，推动鼓筒类零件制造技术水平的提升。我国自主研制的新型飞机发动机中，鼓筒是发动机高速旋转的关键零件，其结构、形状较为复杂，精度要求高。零件的工作环境非常恶劣，选用材料均为镍基高温合金GH4169，在切削加工时，切削负荷重、切削温

3、度高、加工硬化现象严重、切削加工性能低，因此加工效率较低，严重影响零件的周转与交付进度。选取的典型零件，主要针对零件92航空制造技术·2013年第14期研究目标鼓筒零件由五级单盘通过摩擦焊连接而成，零件结构复杂，属大型薄壁、多腔式鼓筒结构零件，尺寸较多且精度较高，技术条件要求严，加工难度大，平均制造周期在65天以上。尤其是精车内、外型面工序，需要在高精度的数控立式车床上才能完成加工，单道工序加工时间需要lOOh以上，由于零件制造精度较高，能够承担该工序的设备较为有限，工序等待时间较长，成为制约鼓筒生产的

4、瓶颈工序。利用陶瓷刀具去除精加工工序余量，缩短工序加工时间，加速零件流转速度，对鼓筒零件生产意义重大。采用陶瓷刀具在数控车床上加工鼓类零件，可以提高加工自动化程度，减少人为因素的影响，提高加工效率和质量，有效地缩短生产周期。对提高鼓类零件的加工技术水平，缩小与世界先进国家的差距，增强企业的市场竞争能力具有重要的现实意义。通过在鼓筒零件上应用陶瓷刀具，进行数控高效加工的加工方案的实施，提高零件加工质量与效率，解决制造瓶颈的问题，实现减少单台加工时间10h以上的目标。刀具方案鼓筒零件为镍基高温合金GH416

5、9材料。在切削加工时，切削负荷重，单位切削力可比中碳钢高50％；切削温度高，在相同的切削条件下，切削温度约为45钢的1．5。2倍；刀具磨损剧烈，刀具寿命明显下降，在高切削温度(750。10000C)下，刀具产生严重的扩散磨损和氧化磨损；加工硬化现象严重，已加工表面的硬化程度可达200％。500％。因此高温合金的可切削加工性能低，车加工比较困难。采用陶瓷刀具进行加工，零件高速旋转，零件切削处材料红热、软化，刀具去除材料效率较高，因此，经过攻关组的认真分析，决定采用陶瓷材料刀具进行加工。鼓筒零件借鉴原有工艺

6、的方案，选用标准刀杆与刀片，进行工艺试验，选定不同厂家陶瓷刀具，先期对零件进行刀具切削试验，通过试验对比，选取的陶瓷刀具的切削速度较其他厂家刀具快了20％左右，刀具耐用程度基本一致，选定的陶瓷刀具在切削性能、刀具耐用度、加工参数等方面具有综合优势，进行切削方案的制定，由于在数控立车上进行加工，机床立柱探出30ram左右，要求刀杆较标准长度加长，通过焊接方法来延长刀杆长度，减少外购刀具的采购成本。工艺试验研究过程1数控程序编制由于采用陶瓷刀具加工后鼓筒零件工序，属于零件最终的精加工工序，零件的型面非常复杂

7、，精度非常高，按照陶瓷刀具的加工特点，不适合最终型面尺寸的加工，仅能应用于去除精加工余量工部，再考虑到零件的特点，经研究决定，使用切槽刀去除余量，单边给精车尺寸留有0．4mm余量，考虑陶瓷刀具的特点及寿命，采用刀心编程方式，刀尖对刀，每次进刀到底部，依次排刀，减少刀具切入、切出的次数，以提高刀具的寿命及材料去除率，每走完一个程序，更换一片刀片，将所有粗加工程序加工完，再进行精加工工步，编制详细的数控工步卡，指导操作者进行加工，简化操作步骤，最大程度减少操作人员干预程度，以保证加工质量，提高加工效率。2计

8、算机辅助仿真验证由于零件可见性差，并且零件切削速度较高，为了保证加工安全性，验证数控程序走刀轨迹的正确性，检查零件与刀具的干涉情况，加工前在计算机上使用仿真软件，进行辅助加工仿真验证，降低加工风险。3加工试验研究3．1零件装夹采用陶瓷刀具进行加工，要求的机床转速较高，进给速度较快，一般转速都在100r／min以上，零件装夹必须可靠，以保证加工安全。鼓筒零件较高，零件壁厚较薄，只能采用夹具进行装夹，夹具通过8个螺栓与设备相连接依靠夹具的刚性保