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1、CuttingTechnologyforDiffic吣o-MachineMateriaI難加工材料切削加工技術(shù)難加工材料的銑削和鉆削加工MillingandDrillingTechnologyforDifficult-to·--MachineMaterial山高刀具公司TeunVanAstenWilcovandenBoogaardP萏rNordberg當(dāng)前，減輕飛機重量這一目標正在促使航空航天工業(yè)采用越來越多的特種材料，如復(fù)合材料、鈦合金和鉻鎳鐵合金。相比普通材料，此類材料重量更輕、強度更高，但在加工方面，特別是銑削和鉆削方面，它們各自擁有不同的
2、加工難題。當(dāng)前，減輕飛機重量這一目標正在促使航空航天工業(yè)采用越來越多的特種材料，如復(fù)合材料、鈦合金和鉻鎳鐵合金。相比普通材料，此類材料重量更輕、強度更高，但在加工方面，特別是銑削和鉆削方面，它們各自擁有不同的加工難題。在銑削和鉆削加工中，航空航天制造商通常使用整體硬質(zhì)合金刀具或整體高速鋼刀具。在此類加工過程中，制造商必須盡可能達到最高的質(zhì)量水平——這往往通過密切地監(jiān)控和維護工藝安全性來實現(xiàn)。雖然存在對零件成本的擔(dān)憂，但在大多數(shù)情況下，生產(chǎn)完美的零件是優(yōu)先考慮事項。得益于機床和刀具技術(shù)，復(fù)合材料、鈦合金和鉻鎳鐵合金等材料已經(jīng)從過去幾乎無法加工，發(fā)展
3、到如今航空航天制造商能夠充滿信心地高效加工的階段。先進的特制整體銑刀和鉆頭能夠帶來更佳的工藝控制和一致性，這種刀具專為克服此類材料的加工難題而開發(fā)。通過整合多種創(chuàng)新性鍍層和槽型，并配以先進的加工技術(shù)和方法，這些特制刀具不僅能提供工藝安全性，而且能提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)量。銑削加工1復(fù)合材料碳纖維增強復(fù)合材料(CFRP)／j,-r在航空航天工業(yè)中蓬勃發(fā)展。然而，由于此類材料極為耐磨和強韌，因此難以使用常規(guī)銑削刀具進行加工。此外，加工時還必須防止發(fā)生分層，即各個碳纖維層分離。通過使用堅硬、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)對這些挑戰(zhàn)。常用
4、的兩種鍍層工藝是物理氣相沉積(PVD)和化學(xué)氣相沉積(CVD)，此外還有一種高級切削材料多晶金剛石(PCD)。PVD鍍層屬于物理工藝，包括氮化鋁、氮化鉻和氮化鈦鍍層，其維氏硬度約為3000。通過化學(xué)工藝CVD形成的金剛石鍍層的硬度較PVD鍍層高出3倍以上，可達到10000維氏硬度等級。PCD刀具采用整體PCD片，這些PCD片可通過銅焊固定到整體硬質(zhì)合金基體上。從槽型的角度來看，高效的復(fù)合材料刀具采用低螺旋角來減小材料片層上承受的軸向力，以防止發(fā)生分層。此外，同時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。此類刀具通常被稱為壓縮刀具，在側(cè)銑
5、時，它們可將切削力導(dǎo)向到工件厚度的中心并進行壓縮，以保持片層完好無損。不僅如此，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，但山高等刀具公司開發(fā)了具有不同新槽型(如雙螺旋)的壓縮刀具。例如，山高開發(fā)了兩款這種類型的雙螺旋壓縮刀具。一款具有較少的刀刃，可提供更大的切屑間隙，而且其切削刃上還有斷屑槽，主要用于粗加工(圖1)；另一款為無斷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。就加工技術(shù)而言，復(fù)合材料的切2013年第14期·航空翻造技術(shù)61圖1JC845新型雙螺旋租加工立銑刀削參數(shù)通常取決于材料自身。用于復(fù)合
6、材料的整體硬質(zhì)合金刀具的典型速度約為150m／min，而進給率約為0．07mm。但要注意，在這組材料中使用了不同類型的粘接劑，而每種粘接劑都需要各自不同的速度和進給率。這些粘接劑的熔點通常決定切削復(fù)合材料時的速度和進給率。此外，纖維含量和纖維方向也對加工工藝(決定切削速度、進給率和最佳刀具路徑)有著顯著的影響。2鈦合金在航空航天工業(yè)中，鈦合金通常用于3個基本應(yīng)用領(lǐng)域：飛機結(jié)構(gòu)件、噴氣發(fā)動機的低溫段部件和起落架系統(tǒng)。一種常用的鈦合金是5553，屬于近一口相合金，通常用于制造起落架零件。TiAl6-4屬于a邛相合金，是應(yīng)用最廣泛的鈦合金材料之一，尤其
7、適用于制造結(jié)構(gòu)件。令鈦合金難以加工、具有較低可加工性能的主要因素是其較低的導(dǎo)熱性能、較高的粘著性和加工硬化等因素。鈦合金具有低導(dǎo)熱性，這意味著在切削過程中產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到刀具中，而不是被切屑從切削區(qū)帶走；鈦合金的高粘著性意味著切屑往往會粘在刀具上，從而產(chǎn)生極長的切屑，而不是所希望的更易于排出的較短切屑；該材料的加工硬化性能會在加工時發(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。雖然可以使用適合加工多種材料的通用型整體硬質(zhì)合金刀具對鈦62航空翩造技術(shù)·2013年第14期合金進行加工，但那些針對鈦合金的加工特性而專門設(shè)計的刀具一般會
8、提供更出色的加工效果。此類特殊的刀具具有極佳的性能，但在處理多種不同材料時，其通用性可能較差。例如，山高的方案中有專為鈦合金和不銹鋼而設(shè)
