基准精密刀具在航空企业制造中的应用

国际金属加工网 2019年12月16日

现代航空产品的制造具有产品高性能和精密化、产品轻量化和大型化、产品数字化和制造过程的智能化的特点。航空产品因为使用环境特殊,产品性能要求和可靠性要求高,产品在加工时使用钛合金、复合材料等特殊材料较为普遍。同时,多数航空零件几何外形复杂制造加工精度要求更高,测量要求也较高。

随着航空航天制造业的不断发展,叶片、盘轴、机匣等主要结构件大量采用新型难加工材料制造,这些难加工材料的高效加工问题一直是企业研究的主题。航空航天企业中高性能刀具的使用,使航空制造业机械加工技术迅猛发展,但是买好刀具容易,用好刀具很难。航空制造业刀具降本增效研究成为当务之急。为了切实解决航空制造业刀具的实用性及性价比等问题,基准精密工业(惠州)有限公司经过不断努力,近期研发的航空切削刀具,铣削刀具系列和钻削刀具系列,目前已大批量投入市场,广受客户好评。

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▲基准精密航空航天铣削刀具

航空零件通常采用耐热超级合金(HRSA)(如Inconel合金、镍基合金、Waspaloy合金等)制造。钛合金和复材蜂窝材料也被用于制造如机身、机翼等许多飞机零件。由于零件用途所需要的材料结构特性各异,这些合金的可加工性普遍较差并且一般都采用专用高性能机床高速加工,因此对刀具的要求极高,一般都采用高性能专用刀具加工。

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航空航天制造业常用刀具材料

随着航空航天难加工材料的广泛应用,如何正确选择刀具材料进行切削加工,降低加工成本,提高生产率是一个非常重要的问题。切削刀具材料要与工件力学性能、物理性能、化学性能匹配。

随着刀具技术和机床技术的相互结合,工件材料与刀具材料的互相促进,航空航天制造业不断发展。可以说刀具材料不断发展是航空航天制造业不断发展的驱动力。目前航空航天制造业广泛应用的刀具材料牌号多达上千种,根据刀具材料来划分,不外乎以下几大类:工具钢(碳素工具钢、合金工具钢、高速钢)、硬质合金、陶瓷和超硬刀具材料。碳素工具钢适于制造手动工具,碳素工具钢T10A和T12A应用较广泛。

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航空制造业中,硬质合金刀具所占比重最大。硬质合金刀具在航空制造中是主导刀具,应用范围则相当广泛,在数控刀具材料中占主导地位。硬质合金成为主要的刀具材料,使切削加工实现了向硬质合金时代的过渡,由于不同牌号的硬质合金性能特点不同,因而其应用范围也不同。硬质合金不但可用于制造各种机夹可转位刀具,而且可以制造整体式立铣刀、铰刀、丝锥钻头等。硬质合金刀具分为普通硬质合金、涂层硬质合金、超细颗粒硬质合金、碳(氮)化钛基硬质合金。

YT类硬质合金具有YG类和YW类的大部分优良性能,在航空制造业应用较广。涂层硬质合金有比基体更高的硬度、耐磨性、耐热性,应用广泛。超细颗粒硬质合金可以大范围地运用于断续切削。碳(氮)化钛基硬质合金主要用于钢件的连续表面的精加工和半精加工。

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航空航天制造业典型零件用刀具种类

航空航天零部件不仅采用了很多新结构、新技术和新材料,而且零件构型复杂,刚性较差,这些因素促使发动机等零件机械加工必须大量使用高性能的标准刀具和专用刀具进行加工。

目前,发动机盘类零件、轴类零件、机匣类零件加工中外购高性能硬质合金标准刀具和硬质合金非标刀具比例相当。典型中小构件,叶片类零件等以标准刀具为主。在实际加工中刀具的选择主要考虑以下几个因素:工件材料、工件形状、加工要求、加工机床、系统刚性、表面质量技术要求等。

以涡轮机匣零件为例,从工件材料上分析,变形高温合金、铸造高温合金等难加工材料大量采用。这些难加工材料导热系数小,比强度大,切削温度高,易产生加工硬化。切削时刀具磨损快,刀具寿命短,刀具消耗量大,因此必须合理选择刀具几何角度。从工件结构上来看,壁薄、刚性差,难加工。

加工零件凸起部分时,刀具系统容易与零件、夹具干涉。因此必须对刀具路径进行优化,如用插铣加工代替侧铣、空行程快速走刀、优化抬刀位置、采用螺旋插补等方式进行铣削。从机床的选择上来说,涡轮机匣需要在大功率的加工中心上加工。从加工工序上分析,机匣需要经过粗加工、半精加工、精加工。为了节省刀具费用,在制造这类零件时,粗加工时可采用高性能陶瓷铣刀,半精加工和精加工时采用标准硬质合金刀具和非标高性能专用刀具,这样可显着提高生产效率。从加工经济性方面上来说,刀具配置方案需要不断改进,尽量采用刀具商最新研发的产品。

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▲基准精密最新

航空航天设备加工专用高端刀具


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