高速切削技術(shù)12561

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1、安徽理工大學高速切削技術(shù)李洪喜安徽理工大學機械工程學院機設08-4，淮南232001【摘要】目前，我國已成為世界飛機零部件的重要轉(zhuǎn)包生產(chǎn)國，波音、麥道、空客等世界著名飛機制造公司都在我國轉(zhuǎn)包生產(chǎn)從尾翼、機身、艙門到發(fā)動機等各種零部件，這些飛機零部件的加工生產(chǎn)必須采用先進的加工裝備和加工工藝。為此，國內(nèi)各飛機制造公司均進行了大規(guī)模的技術(shù)改造，引進了大量國外先進的加工裝備，使我國的飛機制造業(yè)設備的數(shù)控化率越來越高。與此同時，大量高速、高效、柔性、復合、環(huán)保的國外切削加工新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，使切削加工技術(shù)發(fā)生了根本的變化。刀具在航

2、空航天加工領域的應用技術(shù)進入了以發(fā)展高速切削、開發(fā)新的切削工藝和加工方法、提供成套技術(shù)為特征的新階段。與此形成鮮明對比的是，我國的裝備制造業(yè)和以制造業(yè)為主要服務對象的傳統(tǒng)的工具工業(yè)卻無法滿足航空航天工業(yè)對現(xiàn)代制造裝備和先進加工工藝的要求。關鍵詞：高效刀具、高速切削刀具、發(fā)展現(xiàn)狀、存在問題安徽理工大學一、航空航天工業(yè)加工技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢航空結(jié)構(gòu)件材料的發(fā)展趨勢及其特點①以整體件為代表的鋁合金結(jié)構(gòu)件為了提高零件的可靠性、降低成本和減輕重量，傳統(tǒng)的鉚接結(jié)構(gòu)逐步被整體薄壁的機加工結(jié)構(gòu)件所代替。這類零件由于大部分是用整體實心鋁

3、合金材料制成的薄壁、細筋結(jié)構(gòu)件，70%～95%的材料要在加工中去除掉，而高速切削產(chǎn)生的熱量少、切削力小、零件變形小，因此提高生產(chǎn)效率的唯一途徑是采用四軸或五軸聯(lián)動機床進行高速銑削加工。②以鈦基和鎳基合金零件為代表的難切削材料零件由于鈦（鎳）合金具有比強度高、熱強度好、化學活性大等特點，目前飛機發(fā)動機重要部件采用鈦基和鎳基合金材料的逐漸增多。采用高速切削后，其切削速度可提高到100m/min以上，為常規(guī)切削速度的10倍。這類材料的加工特點是：切削力大、切削溫度高、加工硬化和粘刀現(xiàn)象嚴重、刀具易磨損。③以碳纖維復合材料零件為

4、代表的復合材料結(jié)構(gòu)件復合材料現(xiàn)已成為新一代飛機機體結(jié)構(gòu)主要材料之一，如飛機上的大型整體成形的翼面壁板、帶縱墻的整體下翼面等。主要切削工藝有鉆孔和切邊。2.航空結(jié)構(gòu)件的切削加工技術(shù)從航空結(jié)構(gòu)件材料的發(fā)展趨勢和特點可以看出，航空結(jié)構(gòu)件的切削加工技術(shù)主要包括針對鋁合金結(jié)構(gòu)件的高速切削加工技術(shù)和針對鈦（鎳）基合金等難加工材料的切削加工技術(shù)兩個方面。①鋁合金高速切削加工技術(shù)目前，適用于進行鋁合金高速切削的加工中心主軸轉(zhuǎn)速一般都在10000r/min以上，有的可高達60000～100000r/min，切削速度可達2000～5000m

5、/min，加工進給速度達2～20m/min，材料的去除率30～40kg/h，工作臺的加（減）速度達到1～10g。近年來，國內(nèi)兩大航空集團的飛機制造骨干企業(yè)均進行了大規(guī)模的技術(shù)改造，引進的數(shù)控金切機床總數(shù)就已超過500臺，絕大多數(shù)是從歐洲、美國、日本進口的高速加工機床，但由于高速加工的相關配套技術(shù)（如刀具技術(shù)、高速加工工藝技術(shù)）未能及時跟上，大多數(shù)設備在生產(chǎn)中的實際使用主軸轉(zhuǎn)速在10000r/min左右，未能充分發(fā)揮設備的效能。有的企業(yè)采用國產(chǎn)刀具僅能在6000r/min以下使用，15000r/min以上必須采用進口刀具。

6、安徽理工大學②難加工材料的切削加工技術(shù)航空動力部門大量采用鎳基合金（如Inconel718）和鈦合金（如TiAl6V4）制造飛機發(fā)動機零件。對于這些難加工材料，目前國內(nèi)的切削加工技術(shù)水平還比較低，僅少數(shù)企業(yè)開展了部分研究應用，切削速度僅能達到80～100m/min，還沒有在生產(chǎn)中大規(guī)模應用。二、高速切削的特征高速切削是實現(xiàn)高效率制造的核心技術(shù)，工序的集約化和設備的通用化使之具有很高的生產(chǎn)效率。可以說，高速切削加工是一種不增加設備數(shù)量而大幅度提高加工效率所必不可少的技術(shù)。其技術(shù)特征主要表現(xiàn)在如下幾個方面：1機床主軸轉(zhuǎn)速很高

7、，一般將主軸轉(zhuǎn)速在10000～20000r/min以上；2切削速度很高，通常認為其速度超過普通切削的5～10倍：3)進給速度很高，通常達15～50m/min，最高可達90m/min4削過程中，刀刃的通過頻率(ToothPassingFreqnency)接近于“機床-刀具-工件”系統(tǒng)的主導自然頻率(DominantNaturalFrequency)。5對于不同的切削材料和所采用的刀具材料，高速切削的含義也不盡相同；1992年，德國Darmstadt工業(yè)大學的H.Schulz教授在CIRP上提出了高速切削加工(HighSpe

8、edManufacturing，HSM)的概念及其涵蓋的范圍，如圖1所示。認為對于·不同的切削對象，圖中所示的過渡區(qū)(Transition)即為通常所謂的高速切削范圍，這也是金屬切削工藝相關的技術(shù)人員所期待的或者可望實現(xiàn)的切削速度。與傳統(tǒng)加工相比，由于高速切削顯著地提高了切削速度，從而導致工件與前刀面的摩擦增大并導致