第一篇：航空發(fā)動機高溫合金機匣加工中陶瓷刀具的運用論文

陶瓷刀具的特點

隨著航空材料技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)硬質(zhì)合金刀具已難以滿足新型航空發(fā)動機生產(chǎn)需要。陶瓷刀具以其優(yōu)良的切削性能和高的性價比受到越來越多航空制造企業(yè)的青睞。[1]陶瓷刀具有許多獨特的優(yōu)點，如高耐熱性，很高的強度和耐磨性，良好的高溫力學(xué)性能等，可以加工傳統(tǒng)刀具很難加工甚至不能加工的超硬材料。陶瓷刀具在 1000°C 的高溫下仍能切削，可使被加工材料變軟而改善其切削加工性，而陶瓷刀片仍可保持良好的高溫紅硬性。陶瓷刀具的選擇

目前市場上的陶瓷刀片主要有方形刀片、圓形刀片、三角形刀片和菱形刀片。陶瓷刀片強度從高到低分別是：圓形、90°正方形、80°菱形、60°三角形、55°和 35°菱形。對于圓形刀片半徑越大，刀尖強度越大。而選擇較厚的刀片進行加工可以顯著地提高抗沖擊性和散熱性，延長刀具壽命。車削試驗

采用氮化硅陶瓷刀具對某型動力渦輪機匣（材料為 GH4133）進行車削加工試驗。試驗設(shè)備：DL-32 數(shù)控車床；車刀刀柄：32mm×32mm;刀片：d=12.7,α=0°Z=4,圓刀片；冷卻方式：干切削。由試驗結(jié)果（表 1）可以看出，雖然切削參數(shù)并不高，且切削時間很短，但是在加工過程中陶瓷刀片的振刀很大，刀片損壞非常嚴重，經(jīng)過分析是由于加工參數(shù)不合理、缺少冷卻供給，以及編程走刀路線簡易，造成斷續(xù)切削使刀片發(fā)生崩刃和大面積剝落。冷卻液的選擇

目前大多陶瓷刀片高速切削都采用干切，因為刀尖處產(chǎn)生的熱能夠軟化基體，是有利于切削的，但是卻大大降低了刀片的使用壽命。其實陶瓷刀片是一種非常好的熱導(dǎo)體，刀尖處產(chǎn)生的熱量很快傳到刀片，冷卻液可使刀片保持較低的溫度，在鐵屑成型后降低其溫度，使其排屑更為規(guī)律。對于鎳基高溫合金機匣，銑削過程最好選擇干切削，而車削過程，最好能選擇高壓噴射并且加大冷卻液澆注量。冷卻液必須澆在切削面上，不要被壓板、緊固螺釘或其他物體阻礙。程序優(yōu)化

陶瓷刀具加工零件，程序優(yōu)化是一個非常重要的環(huán)節(jié)。從切削試驗中，我們可以看到直接切削會迅速地出現(xiàn)溝狀磨損。該磨損溝處會產(chǎn)生應(yīng)力集中而導(dǎo)致整個刀片失效。采用倒角或者圓弧進刀，可以有效消除車削時毛刺產(chǎn)生的卷曲和變形，使刀具沿零件邊緣連續(xù)走刀，這就使切削點處的材料處于塑性變形狀態(tài)，有利于陶瓷刀片的切削。另外，切削到拐角處，要圓滑走刀，防止陶瓷刀具的晶界因振動產(chǎn)生微裂紋，擴展后導(dǎo)致碎裂。[2]車削參數(shù)的優(yōu)化

陶瓷刀具切削鎳基高溫合金往往采用大切深，產(chǎn)生大的切削熱軟化被加工材料，以改善切削加工性。但是過大的切深卻會導(dǎo)致陶瓷刀具承受的切屑負載過大，刀具就易損壞。經(jīng)過對比分析在高溫合金零件連續(xù)切削中，2.5mm 的切深是比較理想的。進給和車削速度是根據(jù)陶瓷刀片承受高溫的能力和決定剪切區(qū)溫度的鐵屑厚度決定的，控制剪切區(qū)溫度可減小切削力，降低磨損程度。如果切削速度降低時進給沒有同時減小，由于鐵屑溫度降低，硬度高，同樣會算壞刀刃。所以切速和進給必須同比列改變。

通過對程序和參數(shù)進行優(yōu)化，同時把切削液由干切改為濕切，刀具磨損情況得到有效控制，壽命提高。圖 1 為陶瓷刀片走完 4 刀后的磨損情況，為一般的溝槽磨損。7 陶瓷刀具應(yīng)用效果以某航空發(fā)動機動力渦輪機匣為例，其最終壁厚為 2mm,為典型的薄壁零件，機加余量為毛坯的 85%以上。在利用陶瓷刀具后，切削速度明顯提升，效率得到提高，成本也降低了。（表 2）

參考文獻

[1]崔晶，師俊東，周洪友，等。陶瓷刀具在航空發(fā)動機難加工材料中的應(yīng)用 [J].航空制造技術(shù)，2009（23）：43-45.[2]趙秀芬，劉陽，李冬梅，等。陶瓷刀具在轉(zhuǎn)包機匣鎳基高溫合金加工中的應(yīng)用 [J].新技術(shù)新工藝，2010（5）：59-63.

第二篇：淺談數(shù)控加工中刀具的選擇——論文

淺談數(shù)控加工中刀具的選擇

重慶市綦江職教中心

摘要：近年來，快速發(fā)展的數(shù)控機加工工藝技術(shù)促進了數(shù)控刀具結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)科研和新產(chǎn)品的研發(fā)。世界各大廠商生產(chǎn)的數(shù)控機床用刀具種類、規(guī)格繁多，數(shù)量龐大，往往令人眼花繚亂，不得要領(lǐng)?，F(xiàn)將有關(guān)數(shù)控刀具科普性知識和近幾年來數(shù)控刀具材料、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用等領(lǐng)域就其精要，在此簡要分述，以便利用先進刀具技術(shù)為加工服務(wù)。

關(guān)鍵字：數(shù)控刀具的分類、數(shù)控刀具的特點、數(shù)控刀具的選擇、近年來，快速發(fā)展的數(shù)控機加工工藝技術(shù)促進了數(shù)控刀具結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)科研和新產(chǎn)品的研發(fā)。世界各大廠商生產(chǎn)的數(shù)控機床用刀具種類、規(guī)格繁多，數(shù)量龐大，往往令人眼花繚亂，不得要領(lǐng)?，F(xiàn)將有關(guān)數(shù)控刀具科普性知識和近幾年來數(shù)控刀具材料、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用等領(lǐng)域就其精要，在此簡要分述，以便利用先進刀具技術(shù)為數(shù)控加工服務(wù)。

一、數(shù)控刀具的分類

數(shù)控加工刀具可分為常規(guī)刀具和模塊化刀具兩大類。模塊化刀具是發(fā)展方向。發(fā)展模塊化刀具的主要優(yōu)點：減少換刀停機時間，提高生產(chǎn)加工時間；加快換刀及安裝時間，提高小批量生產(chǎn)的經(jīng)濟性；提高刀具的標(biāo)準(zhǔn)化和合理化的程度；提高刀具的管理及柔性加工的水平；擴大刀具的利用率，充分發(fā)揮刀具的性能；有效地消除刀具測量工作的中斷現(xiàn)象，可采用線外預(yù)調(diào)。事實上，由于模塊刀具的發(fā)展，數(shù)控刀具已形成了三大系統(tǒng)，即車削刀具系統(tǒng)、鉆削刀具系統(tǒng)和鏜銑刀具系統(tǒng)。

1、從結(jié)構(gòu)上可分為 1.1整體式。

1.2鑲嵌式可分為焊接式和機夾式。機夾式根據(jù)刀體結(jié)構(gòu)不同，分為可轉(zhuǎn)位和不轉(zhuǎn)位。1.2減振式當(dāng)?shù)毒叩墓ぷ鞅坶L與直徑之比較大時，為了減少刀具的振動，提高加工精度，多采用此類刀具。

2、從制造所采用的材料上分

2.1高速鋼刀具 高速鋼通常是型坯材料，韌性較硬質(zhì)合金好，硬度、耐磨性和紅硬性較硬質(zhì)合金差，不適于切削硬度較高的材料，也不適于進行高速切削。高速鋼刀具使用前需生產(chǎn)者自行刃磨，且刃磨方便，適于各種特殊需要的非標(biāo)準(zhǔn)刀具。

2.2硬質(zhì)合金刀具 硬質(zhì)合金刀片切削性能優(yōu)異，在數(shù)控車削中被廣泛使用。硬質(zhì)合金刀片有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格系列產(chǎn)品，具體技術(shù)參數(shù)和切削性能由刀具生產(chǎn)廠家提供。

硬質(zhì)合金刀片按國際標(biāo)準(zhǔn)分為三大類：P類，M類，K類。P類——適于加工鋼、長屑可鍛鑄鐵（相當(dāng)于我國的YT類）。

M類——適于加工奧氏體不銹鋼、鑄鐵、高錳鋼、合金鑄鐵等（相當(dāng)于我國的YW類）。M-S類——適于加工耐熱合金和鈦合金。

K類——適于加工鑄鐵、冷硬鑄鐵、短屑可鍛鑄鐵、非鈦合金（相當(dāng)于我國的YG類）。K-N類——適于加工鋁、非鐵合金。K-H類——適于加工淬硬材料。2.3金剛石刀具

金剛石(釬焊聚晶、單晶)各類刀具已迅速應(yīng)用于高硬度、高強度、難加工及有色金屬切削加工行業(yè)中。

3、從切削工序上可分為

車削刀具分外圓、內(nèi)孔、外螺紋、內(nèi)螺紋，切槽、切端面、切端面環(huán)槽、切斷等。

數(shù)控車床一般使用標(biāo)準(zhǔn)的機夾可轉(zhuǎn)位刀具。機夾可轉(zhuǎn)位刀具的刀片和刀體都有標(biāo)準(zhǔn)，刀片材料采用硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金以及高速鋼。數(shù)控車床機夾可轉(zhuǎn)位刀具類型有外圓刀具、外螺紋刀具、內(nèi)圓刀具、內(nèi)螺紋刀具、切斷刀具、孔加工刀具（包括中心孔鉆頭、鏜刀、絲錐等）。機夾可轉(zhuǎn)位刀具夾固不重磨刀片時通常采用螺釘、螺釘壓板、杠銷或楔塊等結(jié)構(gòu)。數(shù)控車床使用的刀具從切削方式上分為三類：圓表面切削刀具、端面切削刀具和中心孔類刀具。

二、數(shù)控加工刀具的特點

數(shù)控刀具與普通機床上用的刀具實際沒有多大區(qū)別，為了達到高效、多能、快換、經(jīng)濟的目的，數(shù)控加工刀具與普通金屬切削刀具相比，數(shù)控機床上用的刀具應(yīng)滿足安裝調(diào)整方便、剛性好、精度高、耐用度好等要求，它們需具有以下特點：

1、刀片或刀具的耐用度及經(jīng)濟壽命指標(biāo)的合理性。

目前生產(chǎn)上通常用刀具耐用度來評定刀具的好壞。刀具耐用度愈大，表示刀具切削性能愈好。但是切削一批相同的零件，由于使用的刀具材料及工件材質(zhì)不可能完全相同，再加上刃磨質(zhì)量等一些不能完全嚴格控制的因素，所以即使在相同條件下，刀具耐用度仍隨機變動。因此在數(shù)控上，除應(yīng)給出刀具耐用度的平均值指標(biāo)外，還應(yīng)給出刀具的可靠指標(biāo)Tp。它已成為選擇刀具的關(guān)鍵性指標(biāo)。通常是規(guī)定可靠度P≥0.9，即9％時刀具切削時間為T0.9。研究表明，當(dāng)耐用度的隨機變量接近于正態(tài)分布時，如以耐用度的平均值T作為標(biāo)準(zhǔn)，刀具的可靠性只有50％。

2、刀具或刀片便于切削控制

刀具必須能可靠地斷屑或卷屑即切削控制。數(shù)控機床上每一工位設(shè)備上。裝置著許多刀具，切削量大，切屑多，因此，在切削塑性金屬時，必須控制切屑不纏繞在刀具，工件及工藝裝備上，控制切屑不飛濺，保證操作者安全，不影響切削液噴注，不影響零件的定位和輸送，不劃傷已加工表面，使切屑易于清理，為此，采用卷屑槽或斷屑塊的刀具，或用間隙切削或振動切削措施提高斷屑效果。

3、刀具或刀片幾何參數(shù)和切削參數(shù)的規(guī)范化、典型化。

刀具應(yīng)具有較高的精度，包括刀具的形狀精度、刀片及刀柄對機床主軸的相對位置精度、刀片及刀柄的轉(zhuǎn)位及拆裝的重復(fù)精度。刀具切削部分的幾何尺寸變化要小，刀體刀桿和刀片反復(fù)裝卸也應(yīng)能保持精度穩(wěn)定。

4、刀片、刀柄的定位基準(zhǔn)及自動換刀系統(tǒng)要優(yōu)化

刀片及刀柄高度的通用化、規(guī)格化、系列化，使刀具應(yīng)能快速或自動更換，并需有控制和調(diào)整尺寸的功能或具有刀具磨損的自動補償裝置，以減少換刀調(diào)整的停機時間。

三、數(shù)控刀具的選擇

刀具的選擇是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容之一，不僅影響機床的加工效率，而且直接影響零件的加工質(zhì)量。刀具的選擇是在數(shù)控編程的人機交互狀態(tài)下進行的，應(yīng)根據(jù)機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關(guān)因素正確選用刀具及刀柄。

由于數(shù)控機床的主軸轉(zhuǎn)速及范圍遠遠高于普通機床，而且主軸輸出功率較大，因此與傳統(tǒng)加工方法相比，對數(shù)控加工刀具的提出了更高的要求，包括精度高、強度大、剛性好、耐用度高，而且要求尺寸穩(wěn)定，安裝調(diào)整方便。這就要求刀具的結(jié)構(gòu)合理、幾何參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。數(shù)控刀具是提高加工效率的先決條件之一，它的選用取決于被加工零件的幾何形狀、材料狀態(tài)、夾具和機床選用刀具的剛性。應(yīng)考慮以下方面：

1、根據(jù)零件材料的切削性能選擇刀具。

綜合考慮金屬、非金屬，其硬度、剛度、塑性、韌性及耐磨性等。如車或銑高強度鋼、鈦合金、不銹鋼零件，建議選擇耐磨性較好的可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀具。

2、根據(jù)零件的加工階段選擇刀具。

即粗加工階段以去除余量為主，應(yīng)選擇剛性較好、精度較低的刀具，半精加工、精加工階段以保證零件的加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量為主，應(yīng)選擇耐用度高、精度較高的刀具，粗加工階段所用刀具的精度最低、而精加工階段所用刀具的精度最高。如果粗、精加工選擇相同的刀具，建議粗加工時選用精加工淘汰下來的刀具，因為精加工淘汰的刀具磨損情況大多為刃部輕微磨損，涂層磨損修光，繼續(xù)使用會影響精加工的加工質(zhì)量，但對粗加工的影響較小。

3、根據(jù)加工區(qū)域的特點選擇刀具和幾何參數(shù)。

在零件結(jié)構(gòu)允許的情況下應(yīng)選用大直徑、長徑比值小的刀具；選取刀具時，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸相適應(yīng)。

4、根據(jù)工件的幾何形狀、加工余量、零件的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)選擇刀具。

正前角刀片：對于內(nèi)輪廓加工，小型機床加工，工藝系統(tǒng)剛性較差和工件結(jié)構(gòu)形狀較復(fù)雜應(yīng)優(yōu)先選擇正型刀片。負前角刀片：對于外圓加工，金屬切除率高和加工條件較差時應(yīng)優(yōu)先選擇負型刀片。一般外圓車削常用80°凸三角形、四方形和80 °菱形刀片；仿形加工常用55 °、35 °菱形和圓形刀片；在考慮到刀具能承受的切削用量前提下綜合機床剛性、功率等條件，加工大余量、粗加工應(yīng)選擇刀尖角較大的刀片，反之選擇刀尖角較小的刀片。

合理科學(xué)的選擇數(shù)控刀具對數(shù)控加工生產(chǎn)效率、加工質(zhì)量和加工成本影響極大，因此應(yīng)高度重視數(shù)控刀具的正確選擇和合理使用，讓其更好的為數(shù)控加工服務(wù)，充分發(fā)揮數(shù)控加工的優(yōu)點。