目前,航空航天制造業(yè)廣泛應(yīng)用的刀具材料主要有以下幾大類:工具鋼(碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼)、硬質(zhì)合金、陶瓷和超硬刀具材料。 其中,硬質(zhì)合金刀具所占比重最大,在航空制造中是主導(dǎo)刀具,應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。與硬質(zhì)合金相比,陶瓷材料具有更高的硬度、熱硬性和耐磨性,且化學(xué)穩(wěn)定性、抗氧化能力等均優(yōu)于硬質(zhì)合金,因此,陶瓷刀具已經(jīng)成為航空航天業(yè)刀具發(fā)展的一個(gè)主流。 在航空航天材料加工過程中,槽加工和孔加工是加工難點(diǎn)。像發(fā)動(dòng)機(jī)盤類零件、軸類零件、機(jī)匣類零件加工對加工刀具的要求非常高,因此,在這類零部件的加工中高性能硬質(zhì)合金標(biāo)準(zhǔn)刀具和硬質(zhì)合金非標(biāo)刀具使用量非常大。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造是一個(gè)國家制造業(yè)的典型代表。它集制造業(yè)的設(shè)計(jì)、工藝、材料、加工、質(zhì)量控制等領(lǐng)域的高、精、尖技術(shù)為一體,具有承受載荷大、結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、數(shù)量種類多、制造精度高、質(zhì)量要求嚴(yán)、加工難度大等特點(diǎn)。其中的重要零部件制造是集新材料切削技術(shù)、適應(yīng)新型結(jié)構(gòu)零件的新工藝、刀具制造技術(shù)、多軸數(shù)控編程及優(yōu)化處理技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)、切削變形控制技術(shù)、型面精確檢測技術(shù)和無損探傷等前沿技術(shù)于一體的多方位、多種技術(shù)的交叉綜合研究與應(yīng)用。 復(fù)合加工技術(shù)主要解決2 個(gè)方面的問題:特殊結(jié)構(gòu)與復(fù)雜結(jié)構(gòu)的加工、難加工材料及脆硬材料的加工。復(fù)合加工的主要特點(diǎn)是綜合應(yīng)用機(jī)械、光學(xué)、化學(xué)、電力、磁力流體和聲波等多種能量進(jìn)行綜合加工,在提高加工效率和生產(chǎn)效率的同時(shí),兼顧加工精度、加工表面質(zhì)量及工具損耗等,具有常規(guī)單一加工技術(shù)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪盤、整體葉盤、渦輪葉片等零件的材料大多為鈦合金和鎳基高溫合金,如圖所示,由于大多是薄壁件,因此對其制造精度要求極高,對其加工刀具要求亦很高。高溫合金加工時(shí)由于其切削力大、加工硬化傾向大、切削溫度高、刀具磨損嚴(yán)重使其成為典型的難加工材料。 高溫合金家族共有的特點(diǎn):導(dǎo)熱性差、彈性模量小、化學(xué)活性高和摩擦系數(shù)大,還具有其他高溫合金不具備的高強(qiáng)度、高韌性和高硬度的特點(diǎn)使得其歸屬于難加工材料行列。在車削過程中主要表現(xiàn)在切屑與前刀面接觸面積小,刀尖應(yīng)力集中,切削溫度高,切屑不易折斷并且鋸齒化嚴(yán)重,刀具磨損嚴(yán)重,導(dǎo)致加工效率很低,工件加工表面質(zhì)量較差。