难加工材料的铣削和钻削加工.pdf

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1、CuttingTechnologyforDiffic吣o-MachineMateriaI难加工材料切削加工技术难加工材料的铣削和钻削加工MillingandDrillingTechnologyforDifficult-to·--MachineMaterial山高刀具公司TeunVanAstenWilcovandenBoogaardP萏rNordberg当前，减轻飞机重量这一目标正在促使航空航天工业采用越来越多的特种材料，如复合材料、钛合金和铬镍铁合金。相比普通材料，此类材料重量更轻、强度更高，但在加工方面，特别是铣削和钻削方面，它们各自拥有不同的

2、加工难题。当前，减轻飞机重量这一目标正在促使航空航天工业采用越来越多的特种材料，如复合材料、钛合金和铬镍铁合金。相比普通材料，此类材料重量更轻、强度更高，但在加工方面，特别是铣削和钻削方面，它们各自拥有不同的加工难题。在铣削和钻削加工中，航空航天制造商通常使用整体硬质合金刀具或整体高速钢刀具。在此类加工过程中，制造商必须尽可能达到最高的质量水平——这往往通过密切地监控和维护工艺安全性来实现。虽然存在对零件成本的担忧，但在大多数情况下，生产完美的零件是优先考虑事项。得益于机床和刀具技术，复合材料、钛合金和铬镍铁合金等材料已经从过去几乎无法加工，发展

3、到如今航空航天制造商能够充满信心地高效加工的阶段。先进的特制整体铣刀和钻头能够带来更佳的工艺控制和一致性，这种刀具专为克服此类材料的加工难题而开发。通过整合多种创新性镀层和槽型，并配以先进的加工技术和方法，这些特制刀具不仅能提供工艺安全性，而且能提高生产效率和产量。铣削加工1复合材料碳纤维增强复合材料(CFRP)／j,-r在航空航天工业中蓬勃发展。然而，由于此类材料极为耐磨和强韧，因此难以使用常规铣削刀具进行加工。此外，加工时还必须防止发生分层，即各个碳纤维层分离。通过使用坚硬、锋利且采用特殊表面镀层的整体硬质合金铣刀，可以轻松应对这些挑战。常用

4、的两种镀层工艺是物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)，此外还有一种高级切削材料多晶金刚石(PCD)。PVD镀层属于物理工艺，包括氮化铝、氮化铬和氮化钛镀层，其维氏硬度约为3000。通过化学工艺CVD形成的金刚石镀层的硬度较PVD镀层高出3倍以上，可达到10000维氏硬度等级。PCD刀具采用整体PCD片，这些PCD片可通过铜焊固定到整体硬质合金基体上。从槽型的角度来看，高效的复合材料刀具采用低螺旋角来减小材料片层上承受的轴向力，以防止发生分层。此外，同时具有左螺旋和右螺旋的刀具也是加工复合材料的高效槽型。此类刀具通常被称为压缩刀具，在侧铣

5、时，它们可将切削力导向到工件厚度的中心并进行压缩，以保持片层完好无损。不仅如此，此类刀具槽型还有利于更灵活地切削复合材料。虽然压缩刀具是一种常用方法，但山高等刀具公司开发了具有不同新槽型(如双螺旋)的压缩刀具。例如，山高开发了两款这种类型的双螺旋压缩刀具。一款具有较少的刀刃，可提供更大的切屑间隙，而且其切削刃上还有断屑槽，主要用于粗加工(图1)；另一款为无断屑槽的具有平滑切削刃的多刃刀具，可以提供理想的精加工性能。就加工技术而言，复合材料的切2013年第14期·航空翻造技术61图1JC845新型双螺旋租加工立铣刀削参数通常取决于材料自身。用于复合

6、材料的整体硬质合金刀具的典型速度约为150m／min，而进给率约为0．07mm。但要注意，在这组材料中使用了不同类型的粘接剂，而每种粘接剂都需要各自不同的速度和进给率。这些粘接剂的熔点通常决定切削复合材料时的速度和进给率。此外，纤维含量和纤维方向也对加工工艺(决定切削速度、进给率和最佳刀具路径)有着显著的影响。2钛合金在航空航天工业中，钛合金通常用于3个基本应用领域：飞机结构件、喷气发动机的低温段部件和起落架系统。一种常用的钛合金是5553，属于近一口相合金，通常用于制造起落架零件。TiAl6-4属于a邛相合金，是应用最广泛的钛合金材料之一，尤其

7、适用于制造结构件。令钛合金难以加工、具有较低可加工性能的主要因素是其较低的导热性能、较高的粘着性和加工硬化等因素。钛合金具有低导热性，这意味着在切削过程中产生的热量传导到刀具中，而不是被切屑从切削区带走；钛合金的高粘着性意味着切屑往往会粘在刀具上，从而产生极长的切屑，而不是所希望的更易于排出的较短切屑；该材料的加工硬化性能会在加工时发生，导致材料表面由于加工产生的压力效应而出现一层薄薄的硬化层。虽然可以使用适合加工多种材料的通用型整体硬质合金刀具对钛62航空翩造技术·2013年第14期合金进行加工，但那些针对钛合金的加工特性而专门设计的刀具一般会

8、提供更出色的加工效果。此类特殊的刀具具有极佳的性能，但在处理多种不同材料时，其通用性可能较差。例如，山高的方案中有专为钛合金和不锈钢而设