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      2. 航空發(fā)動機(jī)高溫合金機(jī)匣加工中陶瓷刀具的運(yùn)用論文

        時(shí)間:2021-05-14 15:58:28 論文 我要投稿

        航空發(fā)動機(jī)高溫合金機(jī)匣加工中陶瓷刀具的運(yùn)用論文

          1 陶瓷刀具的特點(diǎn)

        航空發(fā)動機(jī)高溫合金機(jī)匣加工中陶瓷刀具的運(yùn)用論文

          隨著航空材料技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)硬質(zhì)合金刀具已難以滿足新型航空發(fā)動機(jī)生產(chǎn)需要。陶瓷刀具以其優(yōu)良的切削性能和高的性價(jià)比受到越來越多航空制造企業(yè)的青睞。[1]陶瓷刀具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),如高耐熱性,很高的強(qiáng)度和耐磨性,良好的高溫力學(xué)性能等,可以加工傳統(tǒng)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。

          2 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(qiáng)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(qiáng)度越大。而選擇較厚的刀片進(jìn)行加工可以顯著地提高抗沖擊性和散熱性,延長刀具壽命。

          3 車削試驗(yàn)

          采用氮化硅陶瓷刀具對某型動力渦輪機(jī)匣(材料為 GH4133)進(jìn)行車削加工試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)備:DL-32 數(shù)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(yàn)結(jié)果(表 1)可以看出,雖然切削參數(shù)并不高,且切削時(shí)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(yán)重,經(jīng)過分析是由于加工參數(shù)不合理、缺少冷卻供給,以及編程走刀路線簡易,造成斷續(xù)切削使刀片發(fā)生崩刃和大面積剝落。

          4 冷卻液的選擇

          目前大多陶瓷刀片高速切削都采用干切,因?yàn)榈都馓幃a(chǎn)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(shí)陶瓷刀片是一種非常好的熱導(dǎo)體,刀尖處產(chǎn)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(guī)律。對于鎳基高溫合金機(jī)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。

          5 程序優(yōu)化

          陶瓷刀具加工零件,程序優(yōu)化是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。從切削試驗(yàn)中,我們可以看到直接切削會迅速地出現(xiàn)溝狀磨損。該磨損溝處會產(chǎn)生應(yīng)力集中而導(dǎo)致整個(gè)刀片失效。采用倒角或者圓弧進(jìn)刀,可以有效消除車削時(shí)毛刺產(chǎn)生的卷曲和變形,使刀具沿零件邊緣連續(xù)走刀,這就使切削點(diǎn)處的材料處于塑性變形狀態(tài),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(chǎn)生微裂紋,擴(kuò)展后導(dǎo)致碎裂。[2]

          6 車削參數(shù)的優(yōu)化

          陶瓷刀具切削鎳基高溫合金往往采用大切深,產(chǎn)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(dǎo)致陶瓷刀具承受的切屑負(fù)載過大,刀具就易損壞。經(jīng)過對比分析在高溫合金零件連續(xù)切削中,2.5mm 的切深是比較理想的。進(jìn)給和車削速度是根據(jù)陶瓷刀片承受高溫的能力和決定剪切區(qū)溫度的鐵屑厚度決定的,控制剪切區(qū)溫度可減小切削力,降低磨損程度。如果切削速度降低時(shí)進(jìn)給沒有同時(shí)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(jìn)給必須同比列改變。

          通過對程序和參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,同時(shí)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(yīng)用效果以某航空發(fā)動機(jī)動力渦輪機(jī)匣為例,其最終壁厚為 2mm,為典型的薄壁零件,機(jī)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(xiàn)

          [1]崔晶,師俊東,周洪友,等。陶瓷刀具在航空發(fā)動機(jī)難加工材料中的應(yīng)用 [J]. 航空制造技術(shù),2009(23):43-45.

          [2]趙秀芬,劉陽,李冬梅,等。陶瓷刀具在轉(zhuǎn)包機(jī)匣鎳基高溫合金加工中的應(yīng)用 [J]. 新技術(shù)新工藝,2010(5):59-63.

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