第一篇：航空發動機高溫合金機匣加工中陶瓷刀具的運用論文

陶瓷刀具的特點

隨著航空材料技術的發展，傳統硬質合金刀具已難以滿足新型航空發動機生產需要。陶瓷刀具以其優良的切削性能和高的性價比受到越來越多航空制造企業的青睞。[1]陶瓷刀具有許多獨特的優點，如高耐熱性，很高的強度和耐磨性，良好的高溫力學性能等，可以加工傳統刀具很難加工甚至不能加工的超硬材料。陶瓷刀具在 1000°C 的高溫下仍能切削，可使被加工材料變軟而改善其切削加工性，而陶瓷刀片仍可保持良好的高溫紅硬性。陶瓷刀具的選擇

目前市場上的陶瓷刀片主要有方形刀片、圓形刀片、三角形刀片和菱形刀片。陶瓷刀片強度從高到低分別是：圓形、90°正方形、80°菱形、60°三角形、55°和 35°菱形。對于圓形刀片半徑越大，刀尖強度越大。而選擇較厚的刀片進行加工可以顯著地提高抗沖擊性和散熱性，延長刀具壽命。車削試驗

采用氮化硅陶瓷刀具對某型動力渦輪機匣（材料為 GH4133）進行車削加工試驗。試驗設備：DL-32 數控車床；車刀刀柄：32mm×32mm;刀片：d=12.7,α=0°Z=4,圓刀片；冷卻方式：干切削。由試驗結果（表 1）可以看出，雖然切削參數并不高，且切削時間很短，但是在加工過程中陶瓷刀片的振刀很大，刀片損壞非常嚴重，經過分析是由于加工參數不合理、缺少冷卻供給，以及編程走刀路線簡易，造成斷續切削使刀片發生崩刃和大面積剝落。冷卻液的選擇

目前大多陶瓷刀片高速切削都采用干切，因為刀尖處產生的熱能夠軟化基體，是有利于切削的，但是卻大大降低了刀片的使用壽命。其實陶瓷刀片是一種非常好的熱導體，刀尖處產生的熱量很快傳到刀片，冷卻液可使刀片保持較低的溫度，在鐵屑成型后降低其溫度，使其排屑更為規律。對于鎳基高溫合金機匣，銑削過程最好選擇干切削，而車削過程，最好能選擇高壓噴射并且加大冷卻液澆注量。冷卻液必須澆在切削面上，不要被壓板、緊固螺釘或其他物體阻礙。程序優化

陶瓷刀具加工零件，程序優化是一個非常重要的環節。從切削試驗中，我們可以看到直接切削會迅速地出現溝狀磨損。該磨損溝處會產生應力集中而導致整個刀片失效。采用倒角或者圓弧進刀，可以有效消除車削時毛刺產生的卷曲和變形，使刀具沿零件邊緣連續走刀，這就使切削點處的材料處于塑性變形狀態，有利于陶瓷刀片的切削。另外，切削到拐角處，要圓滑走刀，防止陶瓷刀具的晶界因振動產生微裂紋，擴展后導致碎裂。[2]車削參數的優化

陶瓷刀具切削鎳基高溫合金往往采用大切深，產生大的切削熱軟化被加工材料，以改善切削加工性。但是過大的切深卻會導致陶瓷刀具承受的切屑負載過大，刀具就易損壞。經過對比分析在高溫合金零件連續切削中，2.5mm 的切深是比較理想的。進給和車削速度是根據陶瓷刀片承受高溫的能力和決定剪切區溫度的鐵屑厚度決定的，控制剪切區溫度可減小切削力，降低磨損程度。如果切削速度降低時進給沒有同時減小，由于鐵屑溫度降低，硬度高，同樣會算壞刀刃。所以切速和進給必須同比列改變。

通過對程序和參數進行優化，同時把切削液由干切改為濕切，刀具磨損情況得到有效控制，壽命提高。圖 1 為陶瓷刀片走完 4 刀后的磨損情況，為一般的溝槽磨損。7 陶瓷刀具應用效果以某航空發動機動力渦輪機匣為例，其最終壁厚為 2mm,為典型的薄壁零件，機加余量為毛坯的 85%以上。在利用陶瓷刀具后，切削速度明顯提升，效率得到提高，成本也降低了。（表 2）

參考文獻

[1]崔晶，師俊東，周洪友，等。陶瓷刀具在航空發動機難加工材料中的應用 [J].航空制造技術，2009（23）：43-45.[2]趙秀芬，劉陽，李冬梅，等。陶瓷刀具在轉包機匣鎳基高溫合金加工中的應用 [J].新技術新工藝，2010（5）：59-63.

第二篇：淺談數控加工中刀具的選擇——論文

淺談數控加工中刀具的選擇

重慶市綦江職教中心

摘要：近年來，快速發展的數控機加工工藝技術促進了數控刀具結構基礎科研和新產品的研發。世界各大廠商生產的數控機床用刀具種類、規格繁多，數量龐大，往往令人眼花繚亂，不得要領。現將有關數控刀具科普性知識和近幾年來數控刀具材料、結構、應用等領域就其精要，在此簡要分述，以便利用先進刀具技術為加工服務。

關鍵字：數控刀具的分類、數控刀具的特點、數控刀具的選擇、近年來，快速發展的數控機加工工藝技術促進了數控刀具結構基礎科研和新產品的研發。世界各大廠商生產的數控機床用刀具種類、規格繁多，數量龐大，往往令人眼花繚亂，不得要領。現將有關數控刀具科普性知識和近幾年來數控刀具材料、結構、應用等領域就其精要，在此簡要分述，以便利用先進刀具技術為數控加工服務。

一、數控刀具的分類

數控加工刀具可分為常規刀具和模塊化刀具兩大類。模塊化刀具是發展方向。發展模塊化刀具的主要優點：減少換刀停機時間，提高生產加工時間；加快換刀及安裝時間，提高小批量生產的經濟性；提高刀具的標準化和合理化的程度；提高刀具的管理及柔性加工的水平；擴大刀具的利用率，充分發揮刀具的性能；有效地消除刀具測量工作的中斷現象，可采用線外預調。事實上，由于模塊刀具的發展，數控刀具已形成了三大系統，即車削刀具系統、鉆削刀具系統和鏜銑刀具系統。

1、從結構上可分為 1.1整體式。

1.2鑲嵌式可分為焊接式和機夾式。機夾式根據刀體結構不同，分為可轉位和不轉位。1.2減振式當刀具的工作臂長與直徑之比較大時，為了減少刀具的振動，提高加工精度，多采用此類刀具。

2、從制造所采用的材料上分

2.1高速鋼刀具 高速鋼通常是型坯材料，韌性較硬質合金好，硬度、耐磨性和紅硬性較硬質合金差，不適于切削硬度較高的材料，也不適于進行高速切削。高速鋼刀具使用前需生產者自行刃磨，且刃磨方便，適于各種特殊需要的非標準刀具。

2.2硬質合金刀具 硬質合金刀片切削性能優異，在數控車削中被廣泛使用。硬質合金刀片有標準規格系列產品，具體技術參數和切削性能由刀具生產廠家提供。

硬質合金刀片按國際標準分為三大類：P類，M類，K類。P類——適于加工鋼、長屑可鍛鑄鐵（相當于我國的YT類）。

M類——適于加工奧氏體不銹鋼、鑄鐵、高錳鋼、合金鑄鐵等（相當于我國的YW類）。M-S類——適于加工耐熱合金和鈦合金。

K類——適于加工鑄鐵、冷硬鑄鐵、短屑可鍛鑄鐵、非鈦合金（相當于我國的YG類）。K-N類——適于加工鋁、非鐵合金。K-H類——適于加工淬硬材料。2.3金剛石刀具

金剛石(釬焊聚晶、單晶)各類刀具已迅速應用于高硬度、高強度、難加工及有色金屬切削加工行業中。

3、從切削工序上可分為

車削刀具分外圓、內孔、外螺紋、內螺紋，切槽、切端面、切端面環槽、切斷等。

數控車床一般使用標準的機夾可轉位刀具。機夾可轉位刀具的刀片和刀體都有標準，刀片材料采用硬質合金、涂層硬質合金以及高速鋼。數控車床機夾可轉位刀具類型有外圓刀具、外螺紋刀具、內圓刀具、內螺紋刀具、切斷刀具、孔加工刀具（包括中心孔鉆頭、鏜刀、絲錐等）。機夾可轉位刀具夾固不重磨刀片時通常采用螺釘、螺釘壓板、杠銷或楔塊等結構。數控車床使用的刀具從切削方式上分為三類：圓表面切削刀具、端面切削刀具和中心孔類刀具。

二、數控加工刀具的特點

數控刀具與普通機床上用的刀具實際沒有多大區別，為了達到高效、多能、快換、經濟的目的，數控加工刀具與普通金屬切削刀具相比，數控機床上用的刀具應滿足安裝調整方便、剛性好、精度高、耐用度好等要求，它們需具有以下特點：

1、刀片或刀具的耐用度及經濟壽命指標的合理性。

目前生產上通常用刀具耐用度來評定刀具的好壞。刀具耐用度愈大，表示刀具切削性能愈好。但是切削一批相同的零件，由于使用的刀具材料及工件材質不可能完全相同，再加上刃磨質量等一些不能完全嚴格控制的因素，所以即使在相同條件下，刀具耐用度仍隨機變動。因此在數控上，除應給出刀具耐用度的平均值指標外，還應給出刀具的可靠指標Tp。它已成為選擇刀具的關鍵性指標。通常是規定可靠度P≥0.9，即9％時刀具切削時間為T0.9。研究表明，當耐用度的隨機變量接近于正態分布時，如以耐用度的平均值T作為標準，刀具的可靠性只有50％。

2、刀具或刀片便于切削控制

刀具必須能可靠地斷屑或卷屑即切削控制。數控機床上每一工位設備上。裝置著許多刀具，切削量大，切屑多，因此，在切削塑性金屬時，必須控制切屑不纏繞在刀具，工件及工藝裝備上，控制切屑不飛濺，保證操作者安全，不影響切削液噴注，不影響零件的定位和輸送，不劃傷已加工表面，使切屑易于清理，為此，采用卷屑槽或斷屑塊的刀具，或用間隙切削或振動切削措施提高斷屑效果。

3、刀具或刀片幾何參數和切削參數的規范化、典型化。

刀具應具有較高的精度，包括刀具的形狀精度、刀片及刀柄對機床主軸的相對位置精度、刀片及刀柄的轉位及拆裝的重復精度。刀具切削部分的幾何尺寸變化要小，刀體刀桿和刀片反復裝卸也應能保持精度穩定。

4、刀片、刀柄的定位基準及自動換刀系統要優化

刀片及刀柄高度的通用化、規格化、系列化，使刀具應能快速或自動更換，并需有控制和調整尺寸的功能或具有刀具磨損的自動補償裝置，以減少換刀調整的停機時間。

三、數控刀具的選擇

刀具的選擇是數控加工工藝中的重要內容之一，不僅影響機床的加工效率，而且直接影響零件的加工質量。刀具的選擇是在數控編程的人機交互狀態下進行的，應根據機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關因素正確選用刀具及刀柄。

由于數控機床的主軸轉速及范圍遠遠高于普通機床，而且主軸輸出功率較大，因此與傳統加工方法相比，對數控加工刀具的提出了更高的要求，包括精度高、強度大、剛性好、耐用度高，而且要求尺寸穩定，安裝調整方便。這就要求刀具的結構合理、幾何參數標準化、系列化。數控刀具是提高加工效率的先決條件之一，它的選用取決于被加工零件的幾何形狀、材料狀態、夾具和機床選用刀具的剛性。應考慮以下方面：

1、根據零件材料的切削性能選擇刀具。

綜合考慮金屬、非金屬，其硬度、剛度、塑性、韌性及耐磨性等。如車或銑高強度鋼、鈦合金、不銹鋼零件，建議選擇耐磨性較好的可轉位硬質合金刀具。

2、根據零件的加工階段選擇刀具。

即粗加工階段以去除余量為主，應選擇剛性較好、精度較低的刀具，半精加工、精加工階段以保證零件的加工精度和產品質量為主，應選擇耐用度高、精度較高的刀具，粗加工階段所用刀具的精度最低、而精加工階段所用刀具的精度最高。如果粗、精加工選擇相同的刀具，建議粗加工時選用精加工淘汰下來的刀具，因為精加工淘汰的刀具磨損情況大多為刃部輕微磨損，涂層磨損修光，繼續使用會影響精加工的加工質量，但對粗加工的影響較小。

3、根據加工區域的特點選擇刀具和幾何參數。

在零件結構允許的情況下應選用大直徑、長徑比值小的刀具；選取刀具時，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸相適應。

4、根據工件的幾何形狀、加工余量、零件的技術經濟指標選擇刀具。

正前角刀片：對于內輪廓加工，小型機床加工，工藝系統剛性較差和工件結構形狀較復雜應優先選擇正型刀片。負前角刀片：對于外圓加工，金屬切除率高和加工條件較差時應優先選擇負型刀片。一般外圓車削常用80°凸三角形、四方形和80 °菱形刀片；仿形加工常用55 °、35 °菱形和圓形刀片；在考慮到刀具能承受的切削用量前提下綜合機床剛性、功率等條件，加工大余量、粗加工應選擇刀尖角較大的刀片，反之選擇刀尖角較小的刀片。

合理科學的選擇數控刀具對數控加工生產效率、加工質量和加工成本影響極大，因此應高度重視數控刀具的正確選擇和合理使用，讓其更好的為數控加工服務，充分發揮數控加工的優點。