航空发动机高温合金机匣加工中陶瓷刀具的运用

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航空发动机高温合金机匣加工中陶瓷刀具的运

用

　 1　陶瓷刀具的特点

随着航空材料技术的发展，传统硬质合金刀具已难以满足新型航空发动机生产需要。陶瓷刀具

以其优良的切削性能和高的性价比受到越来越多航空制造企业的青睐。[1]陶瓷刀具有许多独特

的优点，如高耐热性，很高的强度和耐磨性，良好的高温力学性能等，可以加工传统刀具很难

加工甚至不能加工的超硬材料。陶瓷刀具在 1000°C 的高温下仍能切削，可使被加工材料变软

而改善其切削加工性，而陶瓷刀片仍可保持良好的高温红硬性。

　 2　陶瓷刀具的选择

目前市场上的陶瓷刀片主要有方形刀片、圆形刀片、三角形刀片和菱形刀片。陶瓷刀片强度从

高到低分别是：圆形、90°正方形、80°菱形、60°三角形、55° 和35°菱形。对于圆形刀片半径越

大，刀尖强度越大。而选择较厚的刀片进行加工可以显着地提高抗冲击性和散热性，延长刀具

寿命。

　 3　车削试验

采用氮化硅陶瓷刀具对某型动力涡轮机匣（材料为 GH4133）进行车削加工试验。试验设备：

DL-32 数控车床；车刀刀柄：32mm×32mm;刀片：d=12.7,α=0°Z=4,圆刀片；冷却方式：干切

削。由试验结果（表 1）可以看出，虽然切削参数并不高，且切削时间很短，但是在加工过程

中陶瓷刀片的振刀很大，刀片损坏非常严重，经过分析是由于加工参数不合理、缺少冷却供

给，以及编程走刀路线简易，造成断续切削使刀片发生崩刃和大面积剥落。

　 4　冷却液的选择

目前大多陶瓷刀片高速切削都采用干切，因为刀尖处产生的热能够软化基体，是有利于切削

的，但是却大大降低了刀片的使用寿命。其实陶瓷刀片是一种非常好的热导体，刀尖处产生的

热量很快传到刀片，冷却液可使刀片保持较低的温度，在铁屑成型后降低其温度，使其排屑更

为规律。对于镍基高温合金机匣，铣削过程最好选择干切削，而车削过程，最好能选择高压喷

射并且加大冷却液浇注量。冷却液必须浇在切削面上，不要被压板、紧固螺钉或其他物体阻

碍。

　 5　程序优化

陶瓷刀具加工零件，程序优化是一个非常重要的环节。从切削试验中，我们可以看到直接切削

会迅速地出现沟状磨损。该磨损沟处会产生应力集中而导致整个刀片失效。采用倒角或者圆弧

进刀，可以有效消除车削时毛刺产生的卷曲和变形，使刀具沿零件边缘连续走刀，这就使切削

点处的材料处于塑性变形状态，有利于陶瓷刀片的切削。另外，切削到拐角处，要圆滑走刀，

防止陶瓷刀具的晶界因振动产生微裂纹，扩展后导致碎裂。[2]

　 6　车削参数的优化

陶瓷刀具切削镍基高温合金往往采用大切深，产生大的切削热软化被加工材料，以改善切削加

工性。但是过大的切深却会导致陶瓷刀具承受的切屑负载过大，刀具就易损坏。经过对比分析

在高温合金零件连续切削中，2.5mm 的切深是比较理想的。进给和车削速度是根据陶瓷刀片承

受高温的能力和决定剪切区温度的铁屑厚度决定的，控制剪切区温度可减小切削力，降低磨损

程度。如果切削速度降低时进给没有同时减小，由于铁屑温度降低，硬度高，同样会算坏刀

刃。所以切速和进给必须同比列改变。

通过对程序和参数进行优化，同时把切削液由干切改为湿切，刀具磨损情况得到有效控制，寿

命提高。图1 为陶瓷刀片走完4 刀后的磨损情况，为一般的沟槽磨损。7 陶瓷刀具应用效果以

某航空发动机动力涡轮机匣为例，其最终壁厚为 2mm, 为典型的薄壁零件，机加余量为毛坯的

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航空发动机高温合金机匣加工中陶瓷刀具的运用　1　陶瓷刀具的特点随着航空材料技术的发展，传统硬质合金刀具已难以满足新型航空发动机生产需要。陶瓷刀具以其优良的切削性能和高的性价比受到越来越多航空制造企业的青睐。[1]陶瓷刀具有许多独特的优点，如高耐热性，很高的强度和耐磨性，良好的高温力学性能等，可以加工传统刀具很难加工甚至不能加工的超硬材料。陶瓷刀具在1000°C的高温下仍能切削，可使被加工材料变软而改善其切削加工性，而陶瓷刀片仍可保持良好的高温红硬性。　2　陶瓷刀具的选择目前市场上的陶瓷刀片主要有方形刀片、圆形刀片、三角形刀片和菱形刀片。陶瓷刀片强度从高到低分别是：圆形、90°正方形、80°菱形...

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