 
當(dāng)前，減輕飛機(jī)重量這一目標(biāo)正在促使航空航天工業(yè)采用越來越多的特種材料，例如復(fù)合材料、鈦合金和鉻鎳鐵合金。相比普通材料，此類材料重量更輕，強(qiáng)度更高，但在加工方面，特別是銑削和鉆削方面，它們各自擁有不同的加工難題。
在銑削和鉆削加工中，航空航天制造商通常使用整體硬質(zhì)合金刀具或整體高速鋼刀具。在此類加工過程中，制造商必須盡可能達(dá)到最高的質(zhì)量水平，這往往需要通過密切地監(jiān)控和維護(hù)工藝安全性來實(shí)現(xiàn)。雖然存在對(duì)零件成本的擔(dān)憂，但在大多數(shù)情況下，生產(chǎn)高質(zhì)量的零件是優(yōu)先考慮的事項(xiàng)，而提高生產(chǎn)率則一般處于次要地位。
借助機(jī)床和刀具的可預(yù)測性能，航空航天制造商力求實(shí)現(xiàn)工藝的安全性和穩(wěn)定性。在刀具方面，航空航天制造商必須擁有具備長久且穩(wěn)定刀具壽命的銑刀和鉆頭。而且，即使他們知道刀具的具體使用壽命，也會(huì)在刀具完全磨損之前，提早安排機(jī)床更換刀具。得益于機(jī)床和刀具技術(shù)，復(fù)合材料、鈦合金和鉻鎳鐵合金等材料已經(jīng)從過去幾乎無法加工，發(fā)展到如今航空航天制造商能夠充滿信心地高效加工的階段。帶來更佳工藝控制和一致性的一種刀具技術(shù)便是先進(jìn)的特制整體銑刀和鉆頭。這種刀具專為克服此類材料的加工難題而開發(fā)。通過整合多種創(chuàng)新性鍍層和槽型，并配以先進(jìn)的加工技術(shù)和方法，這些特制刀具不僅能提供工藝安全性，而且能提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)量。
鈦合金的加工
在航空航天工業(yè)中，鈦合金通常用于3個(gè)基本應(yīng)用領(lǐng)域：飛機(jī)結(jié)構(gòu)件、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的低溫段部件和起落架系統(tǒng)。一種常用的鈦合金是5553，屬于近-β相合金，通常用于制造起落架零件。TiAl6-4屬于α-β相合金，是應(yīng)用最廣泛的鈦合金材料之一，尤其適用于制造結(jié)構(gòu)件。令鈦合金難以加工、具有較低可加工性能的主要因素是其較低的導(dǎo)熱性能、較高的粘著性和加工硬化等因素。鈦合金具有低導(dǎo)熱性，這意味著在切削過程中產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到刀具中，而不是被切屑從切削區(qū)帶走。
鈦合金的高粘著性意味著切屑往往會(huì)粘在刀具上，從而產(chǎn)生極長的切屑，而不是通常人們所希望的更易于排出的較短切屑。該材料的加工硬化性能會(huì)在加工時(shí)發(fā)生，導(dǎo)致材料表面由于加工產(chǎn)生的壓力效應(yīng)而出現(xiàn)一層薄薄的硬化層。雖然可以使用適合加工多種材料的通用型整體硬質(zhì)合金刀具對(duì)鈦合金進(jìn)行加工，但那些針對(duì)鈦合金的加工特性而專門設(shè)計(jì)的刀具一般會(huì)提供更出色的加工效果。此類特殊的刀具具有極佳的性能，但在處理多種不同材料時(shí)，其通用性可能較差。因而，山高專為鈦合金和不銹鋼而設(shè)計(jì)的高速鋼(HSS)刀具。Jabro HPM（高性能加工）系列中的部分刀具也是專為鈦合金等特定材料牌號(hào)設(shè)計(jì)的。此類刀具采用了特殊的槽型和設(shè)計(jì)，特別適合加工鈦合金。槽型和設(shè)計(jì)包括40?~50?之間的大螺旋角；內(nèi)冷通道，可使切屑不會(huì)粘到刀刃上并快速排屑，同時(shí)還有助于冷卻切削區(qū)；不均等的齒距，可在高切深過程中減少振動(dòng)；將硬質(zhì)合金與氮化鋁鉻鍍層相結(jié)合。未使用氮化鈦，這可防止刀具和材料之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
在航空航天領(lǐng)域，大多數(shù)孔徑都很小。對(duì)于小于1mm，最大不超過20mm的直徑，整體硬質(zhì)合金鉆頭廣泛用于鈦合金和鉻鎳鐵合金的鉆削領(lǐng)域。與銑削鈦合金一樣，鉆削工藝產(chǎn)生的熱量也易于進(jìn)入刀具中，而不是在切屑內(nèi)帶走。為了解決這一問題，鉆頭槽型通常都具有非常鋒利的切削刃。通常，由于需要極為鋒利的切削刃，用于鈦合金的鉆頭都沒有鍍層。另外，鍍層在一定程度上會(huì)增加摩擦，增大了熱量生成。更重要的一點(diǎn)是，在加工后材料會(huì)收縮。因此，鉆體上需要一個(gè)更大的倒錐。
鉻鎳鐵合金加工
在航空航天制造業(yè)中，鉻鎳鐵合金零件通常非常昂貴，不僅僅是材料本身的成本，還包括在進(jìn)入加工階段前為了生產(chǎn)它們而花費(fèi)的時(shí)間。鉻鎳鐵合金和鈦合金之間存在某些相似之處。但就可加工性而言，鉻鎳鐵合金（鎳基高溫合金）是最難加工的材料。它們具有極低的導(dǎo)熱性和極高的應(yīng)變硬化，甚至高于鈦合金。鉻鎳鐵合金還具有高粘著性，因此在用于傳統(tǒng)加工方法時(shí)，切削速度很少會(huì)超過25~30m/min。
用于加工鉻鎳鐵合金的刀具槽型與用于鈦合金加工的槽型有很大的不同，鉻鎳鐵合金槽型具有非常陡的后角。這種槽型可最大限度減少刀具和材料的接觸。這一點(diǎn)至關(guān)重要，因?yàn)殂t鎳鐵合金具有塑性和高記憶性，這意味著它會(huì)在受到刀具的作用力時(shí)稍微彎曲。因此，刀具傾角和材料的接觸時(shí)間越長，刀具發(fā)生的磨蝕就越大，而其使用壽命就越短。為進(jìn)一步降低刀具和鉻鎳鐵合金間的摩擦，山高采用了氮化鋁鈦鍍層。該鍍層已進(jìn)行了拋光，擁有極其平滑精細(xì)的表面質(zhì)量。
鉆削鉻鎳鐵合金時(shí)，需要使用較低的速度和進(jìn)給量，因?yàn)樵摬牧细病⒏y以切削。與銑削鉻鎳鐵合金一樣，在鉆削時(shí)，該材料的切削性能也會(huì)發(fā)揮作用。在航空航天應(yīng)用領(lǐng)域中，鉻鎳鐵合金組件的孔深通常不超過3×D。
鈦合金和鉻鎳鐵合金的4種加工方法
鈦合金和鉻鎳鐵合金有4種基本的加工技術(shù)或方法。第一種是傳統(tǒng)加工，該方法需要在ae：ap為1：1的情況下尋求平衡，也就是說，加工采用全切寬、一定的切深（最大為刀體直徑1倍）和平均進(jìn)給率；第二種是高性能加工(HPM)，該方法需要使用專為鈦合金和鉻鎳鐵合金設(shè)計(jì)的刀具，例如山高的HPM系列刀具。這些刀具在采用大切深ap（最大為1.5*Dc）和全切寬ae的情況下運(yùn)行。在短時(shí)間內(nèi)可切除大量金屬，從而提升生產(chǎn)率；第三種是高進(jìn)給加工(HFM)，該方法使用極小的軸向切深ap和全切寬ae，因此切寬為1*Dc。該方法使用的特定刀具槽型可將切削力引導(dǎo)到機(jī)床主軸上，因此尤其適合因刀具懸伸長和復(fù)雜應(yīng)用（如深度為5*Dc及以上的槽）而造成不穩(wěn)定的加工工況；第四種是高速加工(HSM)，該方法使用相當(dāng)?shù)偷腶e徑向切深和極大的ap切深。由于徑向切深相對(duì)較低，因此具有較小的接觸弧，這有助于減少切削區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的熱量（因接觸時(shí)間較短），從而允許較高的切削速度進(jìn)行補(bǔ)償和提高生產(chǎn)率。
機(jī)床和切削刀具的發(fā)展使得這些方法得以實(shí)現(xiàn)。如山高的HPM刀具槽型具有特殊特性，如不均等的齒距、彎曲的螺旋角，這為高性能加工方法提供了必要的穩(wěn)定性。在高進(jìn)給和高速加工中，這些方法通常依賴于機(jī)床的能力和刀具槽型。
在很大程度上，機(jī)床和刀具需要協(xié)調(diào)工作來滿足航空航天制造商的特定材料加工要求。正確的機(jī)床和正確的刀具都必須具備。這在高進(jìn)給和高速加工中尤為如此，該類加工不僅需要具有高進(jìn)給率的機(jī)床，還需要能夠處理與高進(jìn)給和高速銑削加工相關(guān)的更大程序和NC文件的CNC控件。
要高效地加工航空航天業(yè)中目前遇到的挑戰(zhàn)性材料，關(guān)鍵是獲得完整的加工解決方案，而不僅僅是獲得一個(gè)產(chǎn)品。完整的刀具解決方案不僅包括必要的槽型和設(shè)計(jì)，還包括應(yīng)用工程支持。人員的豐富知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)與先進(jìn)的產(chǎn)品相結(jié)合，可以形成一個(gè)完整的解決方案并實(shí)現(xiàn)理想的結(jié)果。
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