航空航天產品中的刀具（jù）應用-刀具網-數控機床市（shì）場網

您現在的（de）位置：刀具網> 技（jì）術前（qián）沿>航（háng）空航天產品中的刀（dāo）具應用（yòng）

航空航天產品中的刀具應用

2014-7-1 來源（yuán）：數（shù）控機床市（shì）場網作者：孫（sūn）健（jiàn）謝華

摘要:隨著航空（kōng）航天產品的不斷升級，各類航空鋁合金（jīn）、鎳基合金以及鈦合金等難加工材料的廣（guǎng）泛使用，大大增加了航空航天（tiān）產品的製造難度。許多設備（bèi）或工藝無法解決的問題，可（kě）以通（tōng）過選擇合（hé）適的刀具來解決。

關鍵詞:航（háng）空航天鈦（tài）合金變形硬質合金

隨著航空航天產品的不斷（duàn）升級，對於材（cái）料的要求（qiú）也越來越高，各（gè）類航空鋁合金、鎳基（jī）合金以（yǐ）及鈦合（hé）金（jīn），已經成為了航空（kōng）航天產品（pǐn）的首選材料。但此類材料特別（bié）難（nán）加工，大大增加了航空航天（tiān）產品的製造難度。此時，一些設備或工藝（yì）無法解決的（de）加工難題以及生產效率問題，可以通過選擇合適的刀具來解決。以我公司承接（jiē）的航空航天（tiān）產品自製硬（yìng）質合金刀具為例，介紹在航空航天產品中刀具的實際（jì）應用。

1 刀具結構應用（yòng）

1． 1 靜止葉片加工難點工藝分（fèn）析

以靜止葉片（piàn）(圖1) 為例，其材質為鈦合（hé）金（jīn）TC4，是非常典型的難加工產品。使用常規鈦合金硬質合（hé）金刀具加（jiā）工時出現了產品嚴重變形、刀具磨損快等問題。

產品的加工工藝難點是:

(1) 工件（jiàn）材質為鈦合金（jīn） ( TC4)，硬度為320HBW，鈦合金的硬度小於 350HBW 時，切削加工特別困難，加（jiā）工（gōng）時容易（yì）出現粘刀現象，刃口積屑（xiè）瘤大量堆積，導致排屑不暢，切削熱堆（duī）積，造成葉片受熱變形。

(2)葉片型線部分最厚處約 1 mm，最薄處約（yuē）0．1 mm，加工時極易產生（shēng）振動，易變形，而產品要求變形量不（bú）得大於 0．12 mm。

1． 2 刀具結構設計

通過以上的分（fèn）析可以看（kàn）出，加工中存在的最大問題有兩點:熱變形和振動變形。針對產生變形的原因不同，我們在刀具設（shè）計時也有著不同的結（jié）構設計。

(1) 熱變形:調整刀具幾（jǐ）何角度、精（jīng）拋光刀具槽（cáo）型前刀麵以及（jí）多槽型結構設計。加工鈦合金的硬質合金（jīn）刀具前角範圍一般在5°～15°，因為此次（cì）葉片（piàn）的材料偏軟，粘刀嚴重，在刀具前角的選（xuǎn）擇上，我們選擇了（le）一個偏大（dà）的前角12°(鈦合金刀具常見前角為（wéi） 6° ～10°)，讓刀具刃口變的更鋒利，提高刀（dāo）具切削能力;而且，對槽型前刀麵進行了一個精拋光處理，一般刀具的槽型粗糙度在 Ra0．8 μm ～ Ra0．4 μm，這次我們使用D20 砂（shā）輪精拋光刀具前刀麵，前刀麵（miàn）粗糙度（dù）達（dá）到了 Ra0．2 μm，減（jiǎn）小了鐵屑與刀具（jù）前（qián）刀麵的摩擦力，降低了切（qiē）削熱在刀具上的堆積;同（tóng）時，在刃（rèn）口6 mm ～8 mm 的（de）長度上增加一個副槽(見圖 2)，在保證（zhèng）其刀（dāo）具剛性的同時增加其容（róng）屑空間，保證排屑順暢。

振動變形:不等槽型、不等（děng）螺旋以及減震帶結構設計。將等分槽型設計為 85°、90°、85°、90°不等（děng）分槽型(見圖 3)，螺旋角設計為 39°、36°39°、36°不等分螺（luó）旋(見圖 4)。這樣的“雙不等” 設計，使刀具在加工中每個刃口的切入時間和（hé）切入角度都不同，有效消除在切削過程中產生的低頻率振動，起到減小加工振動變形的作用。

同時，在刀具的後（hòu）刀麵上刃磨出 0． 05 mm ～0． 10 mm 的減震刃帶(圖 4)，增加刀具後（hòu）刀麵在工件上的支持麵積（jī），增加後刀麵上（shàng）的摩擦阻力，也能起到消除振動作用。

1． 3 實用效果比對

表 1 是常規（guī）鈦合金刀具和定製（zhì）鈦合金刀具加工靜止葉片的實用（yòng）對比情況。

表 1 兩種刀具加工靜止葉片的（de）實用對比情況

從表 1 可以看出，結構改進（jìn）後的（de）刀（dāo）具成功解決了問題，達到了（le）我們預期（qī）的目標。

2 刀具材料應用

2． 1C 型框刀具工藝分析

以 C 型框(見圖5)為例，改變（biàn）刀具材質，將高速鋼刀具替換為硬質合金刀（dāo）具，達到提高生產（chǎn）效率（lǜ），提升產（chǎn）品質量的目的。對（duì） C 型框刀具的工藝分析如下:

(1)C 型框加工時金（jīn）屬去除量達到 80% 以上，為了提（tí）高加工（gōng）效率，粗加工（gōng）時吃刀量大，要求刀具剛性好，且要有一定的韌性。

(2)C 型框材質為航空鋁合金（jīn），比一般的鋁合金硬得多（duō），且鋁件加工的切屑細小，要求刀具材（cái）料的耐磨性好。

(3)鋁合金在加工中的切削溫度大（dà）概在 300～400℃，刀具的熱硬性直接影響到刀具的使用壽命，要（yào）求刀具材料要有較（jiào）高的熱硬性。

2． 2硬質合金性能分析

從 C 型（xíng）框刀具的工藝性分析看，所選擇的刀具材料必須同時滿足剛性好、硬度高和熱硬性較高等特（tè）點。下麵我們分析一下硬質合金是否能滿足加工（gōng）的需要。

(1)硬質合金（jīn）的剛性比（bǐ）高速鋼高，但在韌性上差一些。從圖中我（wǒ）們可以看到，硬（yìng）質合金的晶粒度大小直（zhí）接（jiē）影響到硬質合金的韌性，晶粒越（yuè）小（xiǎo），韌性越好。所（suǒ）以在為 C 型框挑選硬質合金刀具材料時，就應該選擇晶粒度最小的合金材料，也就是超細（xì）晶粒硬質合金。

(2)硬度高，則耐（nài）磨性就（jiù）好，硬質合金的硬度可以達到 301 700HV(92HRA 左右)，比高速鋼的硬度要（yào）高出許多，所以硬質合金的耐磨性遠高於（yú）高速鋼。

(3)硬質合金的熱（rè）硬性可以達到 1 000°以上，而高速鋼的熱硬性僅為 600°左右，在熱硬性方麵硬質合金也有巨大的優勢。通過（guò）以上分析，說明（míng）在加（jiā）工 C 型框這類產（chǎn）品時，硬質合金材料（liào）完全可以替代高速鋼。實際加工也證明了，使用硬質合金刀具比高速鋼刀具有著更高的生產（chǎn）效率和更好的產（chǎn）品質量。

2． 3實用效果對比（bǐ）

表 2 是以 D32 的刀具為例加工 C 型框的高速鋼刀具和硬質合金刀具的對比情況。

表 2 兩（liǎng）種刀具加工 C 型框的對比（bǐ）

從表 2 可以看到，刀具成本在價格上高出了不少，但是由於刀具壽命的大大延長，效率明顯提升，其實際製造（zào）成本並（bìng）未增加，質量也有明顯好轉。現在該產（chǎn）品中使用的刀具直徑在 32 mm 以下均被硬質合金刀具所代替。

3 結論

通過選（xuǎn）擇合（hé）適的刀具，成（chéng）功解決了生產（chǎn）中的一些工藝難題。在實際應用中，應根據被加工材料的不同（tóng）以及工況的不同，選擇合適的（de）刀具材料、刀具結構以及（jí）刀具塗層。

投稿箱：
如果您有機床行業、企業相（xiàng）關新聞稿件（jiàn）發表（biǎo），或進行資訊合作，歡迎聯係本網編輯部，郵箱：skjcsc@vip.sina.com

更多相關信息

名（míng）企推薦

業界視點

| 更多

行業數據

| 更多

博文（wén）選（xuǎn）萃

| 更多