西安航空動力控制科技有限公司 徐 敏 趙興龍

航空發(fā)動機部件大量采用新型超高強度耐高溫合金、粉末合金鋼、單晶合金、輕質(zhì)高強度復(fù)合材料，這給切削加工增加難度，對加工技術(shù)提出了更高的要求。當(dāng)遇到一些難加工材料時，應(yīng)盡可能有針對性地進(jìn)行切削試驗，選用合適的刀具材料與涂層，以更好地適應(yīng)工件材料和切削條件。

加工鎳基高溫合金的刀具選用

鎳基高溫合金用于制造在650℃以下長期工作的航空航天發(fā)動機高溫承力部件以及熱端部件，但是由于硬質(zhì)點多、導(dǎo)熱性極差、加工硬化傾向大等問題的存在，常常制約著現(xiàn)場加工。針對各種涂層刀具在加工鎳基高溫合金時的加工參數(shù)選擇和刀具選擇、刀具磨損的研究較少，使得現(xiàn)場加工非常困難。我公司主要加工的部件材料是GH2132，零件來料長度φ10mm×2 000mm、硬度320HBW；批量500件/月；要求零件加工后表面粗糙度值Ra=1.6μm，產(chǎn)品長徑比為18，屬于典型的細(xì)長軸零件。

公司使用的是四川普什寧江機床有限公司生產(chǎn)的數(shù)控縱切自動車床CKN1120Ⅳ，鑒于鎳基高溫合金的加工特性及加工設(shè)備的特殊加工方式，通過切削試驗結(jié)果及分析，選用硬質(zhì)涂層刀片MT09T304-PM5－WSM30進(jìn)行鎳基高溫合金的加工；加工鎳基高溫合金GH2132的刀片，主偏角一般選擇為40°～50°，副偏角一般選擇為0.5°～3°，刃傾角一般選擇為－10°～－20°，不容易出現(xiàn)積屑瘤，能保證零件表面質(zhì)量；切削速度優(yōu)選95～120m/min，進(jìn)給量優(yōu)選0.1～0.15mm/r，可以保證表面粗糙度值Ra=1.6μm以上。

加工粉末治金工具鋼的刀具選用

粉末治金工具鋼（AHP10V）具有組織均勻、晶粒細(xì)小、屈服強度高、抗疲憊性能好等優(yōu)點，但是由于其中含有很多（如鉻、鈷、鉬、鈮、鎳、鐵、鉭等）高熔點合金元素且g相含量高，使得粉末治金工具鋼得到很大的強化效應(yīng)，在一定的溫度范圍內(nèi)，隨溫度升高，其硬度反而有所進(jìn)步，由于其材料本身的化學(xué)成分及獨特的多孔性結(jié)構(gòu)，在較小的面積內(nèi)其硬度值也有一定的波動。即使測得的宏觀硬度為20～35 HRC，但組成零件的顆粒硬度會高達(dá)60HRC，這些硬顆粒會導(dǎo)致嚴(yán)重而急劇的刃口磨損，因此粉末冶金高溫合金是典型的難加工材料。

通過試驗比較，選用材料S05F這種刀片材料。硬質(zhì)合金4205F這種刀片材料采用了新技術(shù)，是專為解決各種耐磨合金的切削而設(shè)計的。材料的晶粒更細(xì)，表面有4μm的CVD TiCN-Al2O3-TiN的薄涂層，此刀片特別適合粉末治金工具鋼的精加工，其耐磨性好，適用于小切深。4205F D型刀片切削用量：v=30～60m/min，ap=0.25mm，f=0.1mm/r。采用速度逐漸遞增的方式。試驗結(jié)果：表面質(zhì)量很不好。刀具表面有崩刃現(xiàn)象，后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)刀片在安裝時沒有固定好，致使在切削過程中刀片振顫。改進(jìn)后結(jié)果：經(jīng)過重新定位調(diào)整后，切削用量采用：v=35m/min，ap=0.25mm，f=0.1 mm/r。效果相對較好。切削流暢，每段切屑長度大約在5～6cm，切屑易于控制。加工過的表面跳動值大約在0.01mm。加工后端面跳動值約為0.01mm，效果更好。刀具磨損情況如附圖所示，為加工5件產(chǎn)品后的刀具磨損情況，當(dāng)加工10件產(chǎn)品后刀尖及邊界磨損極為嚴(yán)重，后刀面也產(chǎn)生了溝紋磨損。由于材料的導(dǎo)熱性差，材料粘結(jié)傾向大，輕易粘刀產(chǎn)生積屑瘤，在合金中存在大量的金屬碳化物，切削過程中相當(dāng)于對刀具進(jìn)行研磨，另外國產(chǎn)材料中大都有硬質(zhì)點，這對刀具有很強的沖擊性和破壞性，因此會造成上述磨損。

切削方式及刀具磨損情況

現(xiàn)代切削技術(shù)的進(jìn)步是以先進(jìn)刀具結(jié)構(gòu)的開發(fā)與切削工藝的革新相結(jié)合產(chǎn)生的，從更深層次上挖掘切削加工潛力，推動切削工藝的進(jìn)步。合理選擇刀片幾何形狀，切削用量要素，重視切削角度的影響，關(guān)注切削力和切屑的變化，及時調(diào)整刀具加工參數(shù)，保證切削順利進(jìn)行。不斷進(jìn)行技術(shù)革新，提高生產(chǎn)效率，滿足圖樣加工精度及工藝規(guī)范要求，提高企業(yè)的競爭實力。