陶瓷刀片高效加工数控技术在航空盘类零件应用

　　航空发动机高压压气机盘、涡轮盘等零件，属于发动机中高速旋转的关键部件，零件的结构、形状较为复杂，尺寸精度与技术条件要求较严，材料多为强度高、硬度高的切削性能较差的高温合金材料，加工过程中零件的余量较大，按传统工艺进行加工，效率较低，影响零件的周转与交付进度。选取陶瓷刀具，采用数控加工工艺进行零件的粗加工、半精车加工工作，能够达到提高零件加工效率与加工质量的目的。通过梳理盘类零件的工艺规程，筛选、确定以某型号发动机九级轮盘作为典型零件，开展陶瓷刀具高效加工研究、攻关，从而带动盘类零件整体制造技术的提升。该零件特点是，形状较为复杂，零件的加工精度较高，材料为镍基高温合金，在发动机盘类零件中具有代表性。通过采用高性能陶瓷刀具实施高效数控加工，对于批量生产的零件，能够大大减少加工时间并提高质量，解决制约生产的难题。本文主要阐述了应用数控车设备，选择适用的陶瓷刀具，进行数控加工程序的编制，以及切削加工参数的摸索、验证，成功实现九级轮盘零件采用陶瓷刀具高效数控加工的工艺过程。

　　九级轮盘是某航空发动机的关重部件，在高温、高压、高转速的恶劣环境条件下工作；选用材料均为GH4169，在切削加工时，切削负荷重，切削温度高，加工硬化现象严重，切削加工性能低。本文主要针对零件粗车加工、半精车加工不同过程，开展陶瓷刀具的高效加工应用研究，着力解决制约生产过程的关键问题，推动航空盘类零件制造技术水平的提升。

　　1 研究目标

　　依据选定的典型零件，针对零件各自的特点开展研究。

　　九级轮盘受模锻造技术限制，毛料尺寸较大，且零件存在一处深70mm，宽35mm的深腔结构（图1所示），传统的加工工艺是采用普通车床进行加工，用焊接车刀进行粗开槽及半精加工，不仅加工时间长、效率低，而且刀具消耗也很大，且深腔部位加工质量不稳定，经常造成加工不到位、表面光度差等问题，零件返修率据高不下。陶瓷刀具应用研究以提高粗车、半精车加工质量及效率为主。

　　2 刀具方案

　　典型零件为镍基高温合金GH4169材料。在切削加工时，切削负荷重，单位切削力可比中碳钢高50%；切削温度高，在相同的切削条件下，切削温度约为45钢的1.5-2倍；刀具磨损剧烈，刀具寿命明显下降，在高切削温度（750-1000℃）下，刀具产生严重的扩散磨损和氧化磨损；加工硬化现象严重，已加工表面的硬化程度可达200%-500%。因此高温合金的可切削加工性能低，车加工比较困难。

　　陶瓷刀片与硬质合金刀片相比，可承受2000℃的高温，更具有高温化学稳定性，可高速切削，但其缺点是陶瓷刀片的强度和轫性很低，容易破碎。陶瓷刀片耐高温，对高温高速切削更有利，由于陶瓷热导率低，高温只在刀尖，高速切削所产生的热量都随屑带走。采用陶瓷刀具进行加工，零件高速旋转，零件切削处材料红热、软化，刀具去除材料效率较高，因此，经过项目团队认真分析，决定采用陶瓷材料刀具进行加工。