新刀具解決發(fā)動機(jī)難加工件的切削問題

http://www.twesms.com 2015年09月19日

　　隨著航空制造業(yè)的不斷發(fā)展，難加工材料的用量迅速增加，加工的矛盾也更加突出。航空發(fā)動機(jī)難加工材料，一般相對加工性都很低，同時航空發(fā)動機(jī)零件(如盤軸、機(jī)匣件)的形狀復(fù)雜，表面完整性、形位公差要求又高，更增加了加工難度。因此，選擇匹配的刀具保證加工出合格零件是非常重要的。目前，各刀具公司也針對發(fā)動機(jī)難加工材料，不斷地研究出適合其加工性的新刀具產(chǎn)品。

　　以下是我們在實際工作中采用新刀具產(chǎn)品解決發(fā)動機(jī)難加工件的切削問題的幾個案例：

　　鎳基高溫合金內(nèi)孔的精加工

　　某發(fā)動機(jī)零件，材料是GH4169，在車內(nèi)孔工序中加工長度為109.5mm，孔徑為166mm。由于內(nèi)孔表面跳動值是0.02，表面粗糙度是Ra0.8，要求很高，而材料本身加工性又很差，使用一般的刀片進(jìn)行精加工一直很難保證要求，跳動值一般在0.05，經(jīng)常超差;而且加工效率也較低，刀片很容易磨損。

　　為解決這個問題，我們經(jīng)試驗比較選擇了山特維克可樂滿的新刀片產(chǎn)品VNGP160408 S05F。該刀片采用了新技術(shù)，是專為解決鎳基高溫合金的切削而設(shè)計的。材料的晶粒更細(xì)，表面有4μm的CVDTiCN-Al2O3-TiN薄涂層，根據(jù)產(chǎn)品樣本介紹，該刀片特別適合鎳基高溫合金的精加工，其耐磨性好，適用于小切深。

　　試驗時我們采用的參數(shù)為n=40 r/min，f=0.18mm/r，ap=0.1mm。但加工后跳動值仍然是0.025，而且刀片也有磨損。通過分析，我們認(rèn)為是切削參數(shù)過低造成的。首先0.1mm的切深，是在硬化層上切削，嚴(yán)格地說不是切削而是磨削。況且硬化層比基體硬得多，當(dāng)然刀片磨損得快;另一方面其線速度過低，容易造成冷焊現(xiàn)象，導(dǎo)致表面質(zhì)量不好。而且該刀片是G公差，速度高些才能顯示出優(yōu)越性。所以提高參數(shù)：n=60r/min，f=0.18mm/r，ap=0.25mm。加工幾刀后，刀片幾乎沒有磨損, 跳動值0.01，在公差范圍內(nèi)，表面很好，達(dá)到Ra0.8以下。切削時間與原來相比減少了7min。采用這種新型刀片解決了超差的問題，保證了質(zhì)量，而且綜合計算成本也有所降低。

　　五刃銑刀高效加工環(huán)形件

　　有一封嚴(yán)環(huán)形件，材料是GH4133B，用一般的銑刀切削參數(shù)很低，而且刀具壽命也低，頻繁換刀，機(jī)床占用時間長。為提高效率、減少機(jī)床占用時間，我們采用了肯納新型高性能整體硬質(zhì)合金立銑刀VDDE1200 KC633M。這種銑刀有5個切削刃, 能獲得更高的金屬移除率。刃間角不等分, 能減少振動。該銑刀的特點是既有較高的效率，又有足夠的容屑空間。在近端齒芯部直徑小，近柄部芯部直徑大，斷面呈拋物線狀，而且是不等分的刃傾角，可使切削平穩(wěn)，減少振動，每個槽型也不相同。

　　經(jīng)過試驗，我們最終采用的參數(shù)是：n=1000r/min，f=200mm/min，ap=4.5mm，ae=6.5mm，一把刀具可加工3件。而用原來四刃刀具的參數(shù)僅為n=300r/min，f=70mm/min，一把刀只能加工2件。相比之下，采用這種新型刀具，效率大幅度提高。

　　大直徑薄壁件的加工

　　我公司加工一轉(zhuǎn)包零件是1m多直徑的環(huán)形件，壁厚2mm，其跳動值要求很高，而且是高溫合金材料，很難保證形位公差。由于直徑大且壁薄，一般刀片加工都會產(chǎn)生變形。而且變形后發(fā)生讓刀現(xiàn)象，表面加工硬化，刀具易受磨損。

　　通過分析我們認(rèn)為加工此件過程中防止變形是主要的任務(wù)，這就需要刀具鋒利，不能產(chǎn)生加工硬化。我們大膽采用了加工鋁合金的大前角拋光刀片，這種刀片本是加工鋁材料的，現(xiàn)在用在高溫合金壁薄件加工上效果也很好。我們先后試驗了山特維克可樂滿刀片VBGT160408-W-25、山高的VCGT160408F-AL KX效果都很好。原來刀片加工一個大面過程中要換刀，有接刀痕而且變形量在0.05以上，需補(bǔ)加工。用大前角拋光刀片中間不需換刀，由于刀尖鋒利，也大大減小了變形量，其變形量控制在0.02以內(nèi)，保證了形位公差要求。在刀具使用上，拓展一下思維，就能帶來很好的效果。

　　端面槽的高精度加工

　　有一零件，材料為GH4133。此件有端面槽，寬10mm左右，深28mm，且槽表面跳動值在0.015，用原來的刀片很難保證，經(jīng)常超差，因為一般廠家的槽刀定位方式是V型弧面定位，用側(cè)刃加工會有微小竄動，盡管這些微小竄動僅在若干微米區(qū)間，但如果不斷重復(fù)，使切削刃處于不適當(dāng)?shù)奈恢茫蜁绊?.015跳動精度的保證。

　　我們查閱了資料，選擇了山特維克可樂滿新材料刀片N123H2-0400-0004-TF 1105，刀桿RE123H25-25B-132BM。此刀片和刀桿配合是T型導(dǎo)軌定位，這種T型導(dǎo)軌設(shè)計將刀片準(zhǔn)確固定在刀體上并高度穩(wěn)定保持切削刃位置，不會產(chǎn)生竄動。我們用T型導(dǎo)軌定位的槽刀加工，有效地解決了槽表面跳動值超差問題，保證了0.015的跳動精度。這種結(jié)構(gòu)的定位方式在環(huán)形薄壁件的端面槽加工中，也得到了很好的應(yīng)用。

　　陶瓷刀片加工鈷基高溫合金

　　我公司加工的一轉(zhuǎn)包件，材料是鈷基高溫合金，在加工中出現(xiàn)了問題：加工效率極低，刀具磨損嚴(yán)重，而且不能保證尺寸精度和表面質(zhì)量。我們根據(jù)現(xiàn)場磨損的刀片，得出這樣的結(jié)論：所采用的刀具材料和被加工材料不匹配。被加工材料是鈷基高溫合金，它要比鎳基高溫合金難加工得多，切削抗力更大，切削溫度更高。要選擇與被加工材料在物理、化學(xué)，尤其是機(jī)械性能都匹配的刀具才能保證加工。

　　我們根據(jù)用陶瓷刀具切削中介機(jī)匣的經(jīng)驗，采用了肯納的賽阿龍?zhí)沾傻毒逺NGN120700KY2100、山特維克可樂滿矽鋁氧氮陶瓷刀片RNGN120700 6065，效果很好，不但效率高，尺寸精度、表面質(zhì)量也不錯。采用陶瓷刀片進(jìn)行高速切削時，切屑形態(tài)也發(fā)生了變化：由帶狀屑轉(zhuǎn)變?yōu)閱卧行肌Ｇ行寂c前刀面的摩擦不再是切削力和切削熱的主要來源;后刀面處工件材料的彈性變形也由于變形速度逐漸跟不上切削速度而減小，使后刀面的摩擦也隨著減小，從而對降低切削力和切削熱產(chǎn)生有利影響。

　　陶瓷刀片和硬質(zhì)合金刀片相比，用此刀片加工鈷基高溫合金效率大幅度提高，是原來刀具的16倍以上，且尺寸精度、表面質(zhì)量良好，沒有讓刀。而用原來刀具磨損嚴(yán)重，質(zhì)量難以保證。賽阿龍?zhí)沾傻毒吒m合加工鈷基高溫合金。

　　由于我們選擇了新產(chǎn)品、新型刀具，提供了合理的切削參數(shù)，不但解決了發(fā)動機(jī)難加工零件的超差問題，保證了質(zhì)量，減少了刀片的磨損，而且也大幅度提高了效率。今后我們還會關(guān)注各刀具公司為航空發(fā)動機(jī)難加工材料所研制的新刀具產(chǎn)品，來解決我們發(fā)動機(jī)難加工零件的切削問題。

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