数控刀具技术在航空领域的应用

　　数控高速切削技术是近20年来迅速崛起的一项先进制造技术，在以高效率、高质量为特点在航空、航天、汽车等领域获得广泛应用。在航空新材料不断发展的今天，高强度钢、高温合金、钛合金、复合材料等难加工材料日益增多，这对推动和促进数控刀具技术的发展起到了重要的作用。在数控高速切削技术发展过程中，刀具及刀具技术的关键地位日益显现。

数控刀具技术

1 数控高速切削对刀具材料的要求

　　在数控高速切削时产生的切削热和对刀具的磨损要比普通速度切削时高得多，因此，数控高速切削使用的刀具材料与普通速度切削用的刀具材料有很大的不同，对刀具材料有更高的要求，主要包括：

　　·高硬度、高强度和耐磨性；

　　·韧度高，抗冲击能力强；

　　·高的热硬性和化学稳定性；

　　·抗热冲击能力强。

　　目前已出现不少新的刀具材料，但要同时满足上述要求的刀具材料是很难找到的。因此，在具有比较好的抗冲击韧度的刀具材料基体上，镀上高热硬性和耐磨性镀层的刀具技术发展很快。另外，还可以把CBN和金刚石等硬度很高的材料烧结在抗冲击韧度好的硬质合金或陶瓷材料的基体上，形成综合切削性能非常好的数控高速加工刀具。

2 数控高速刀具材料选择

　　随着高强度钢、高温合金、钛合金及复合材料等难加工材料在航空领域的应用不断增加，现代数控刀具材料已不能局限于目前广泛使用的高速钢和普通硬质合金，应根据不同的加工材料，并考虑刀具使用寿命和加工质量来选择刀具材料。以下按国内航空制造业中常用材料的分类对数控刀具材料进行选择：

　　（1）铝合金：铝合金在航空领域应用最多，常用的数控刀具材料有铝高速钢、K10和K20 等系列硬质合金。

　　（2）普通钢：对于普通钢的数控切削，在国内航空制造业中主要采用钴高速钢M42、硬质合金和金属陶瓷等作为刀具材料。

　　（3）高强度钢、高温合金：在航空制造领域，高强度钢、高温合金在材料中占的比重越来越大，加工此类零件的刀具主要采用具有高强度、高韧性和高耐磨性的超细晶粒合金基体与TiAlN涂层组合的硬质合金材料及金属陶瓷材料来加工。

　　（4）钛合金：钛合金强度高，冲击韧性大，其加工硬化现象非常严重，在切削加工时出现温度高、刀具磨损严重的现象，加工钛合金材料时常选用钴高速钢M42及株洲钻石切削刀具股份有限公司生产的KMG405等系列硬质合金涂层刀具材料。

　　（5）复合材料：复合材料已在航空领域获得广泛应用，且用量正迅猛增长，加工此类材料主要采用PCD涂层硬质合金和陶瓷作为刀具材料。

3 数控高速切削对刀具几何参数和切削参数的要求

　　（1）数控高速切削对刀具几何参数的要求。除了刀具材料的选择外，正确选择刀具切削刃的几何参数以及刀具的断屑方式等对数控高速切削的效率、加工表面质量、刀具寿命以及切削热量的产生等都有很大影响，这是数控高速刀具技术中的一个重要因素。刀具切削刃的几可参数选择应从以下几方面考虑：

　　·合适的刀具后角和合理的进给速度，能产生足够大的切屑厚度，以便带走热量，避免切削硬化。

　　·刀刃前角是影响刀具切削载荷的重要参数，应合理选择。

　　·切削载荷与刀具每切刃的进给量有关。对于多片镶嵌刀具，切削载荷作用于每一个刀片上；对于实体刀具，切削载荷作用在每个齿上。因此，应该在一个合理的数值之间选择进给量。

　　一般来说，数控高速刀具的几何角度大都与传统的刀具有对应关系。选择合理的刀具参数，除了使刀具保持刃锋利的切削和足够的强度外，一个重要目的是能形成足够厚度的切屑，让切屑成为切削过程的散热片。切削速度越高，产生的热量越多，所以在数控高速切削过程中，很关键的问题是要想办法把切削热尽可能多地传给切屑，并利用高速切离的切屑把切削热迅速带走。

　　（2）根据工件材料和加工工序，正确选择刀具材料和切削参数，是保证数控高速切削能够达到预期效果的重要环节。目前，数控高速切削参数还不能像普通切削加工那样通过有关切削手册来选择，数控高速加工还没有完整的工艺参数表和数控高速切削数据库，对于每一种刀具也还没有特定的公式来确定最佳的切削参数组合。在实际生产中，要根据所加工的材料、工序特征等因素通过试验来确定最佳的切削速度和进给速度。