第一篇：航空发动机高温合金机匣加工中陶瓷刀具的运用论文
陶瓷刀具的特点
随着航空材料技术的发展，传统硬质合金刀具已难以满足新型航空发动机生产需要。陶瓷刀具以其优良的切削性能和高的性价比受到越来越多航空制造企业的青睐。[1]陶瓷刀具有许多独特的优点，如高耐热性，很高的强度和耐磨性，良好的高温力学性能等，可以加工传统刀具很难加工甚至不能加工的超硬材料。陶瓷刀具在 1000°C 的高温下仍能切削，可使被加工材料变软而改善其切削加工性，而陶瓷刀片仍可保持良好的高温红硬性。陶瓷刀具的选择
目前市场上的陶瓷刀片主要有方形刀片、圆形刀片、三角形刀片和菱形刀片。陶瓷刀片强度从高到低分别是：圆形、90°正方形、80°菱形、60°三角形、55°和 35°菱形。对于圆形刀片半径越大，刀尖强度越大。而选择较厚的刀片进行加工可以显着地提高抗冲击性和散热性，延长刀具寿命。车削试验
采用氮化硅陶瓷刀具对某型动力涡轮机匣（材料为 GH4133）进行车削加工试验。试验设备：DL-32 数控车床；车刀刀柄：32mm×32mm;刀片：d=12.7,α=0°Z=4,圆刀片；冷却方式：干切削。由试验结果（表 1）可以看出，虽然切削参数并不高，且切削时间很短，但是在加工过程中陶瓷刀片的振刀很大，刀片损坏非常严重，经过分析是由于加工参数不合理、缺少冷却供给，以及编程走刀路线简易，造成断续切削使刀片发生崩刃和大面积剥落。冷却液的选择
目前大多陶瓷刀片高速切削都采用干切，因为刀尖处产生的热能够软化基体，是有利于切削的，但是却大大降低了刀片的使用寿命。其实陶瓷刀片是一种非常好的热导体，刀尖处产生的热量很快传到刀片，冷却液可使刀片保持较低的温度，在铁屑成型后降低其温度，使其排屑更为规律。对于镍基高温合金机匣，铣削过程最好选择干切削，而车削过程，最好能选择高压喷射并且加大冷却液浇注量。冷却液必须浇在切削面上，不要被压板、紧固螺钉或其他物体阻碍。程序优化
陶瓷刀具加工零件，程序优化是一个非常重要的环节。从切削试验中，我们可以看到直接切削会迅速地出现沟状磨损。该磨损沟处会产生应力集中而导致整个刀片失效。采用倒角或者圆弧进刀，可以有效消除车削时毛刺产生的卷曲和变形，使刀具沿零件边缘连续走刀，这就使切削点处的材料处于塑性变形状态，有利于陶瓷刀片的切削。另外，切削到拐角处，要圆滑走刀，防止陶瓷刀具的晶界因振动产生微裂纹，扩展后导致碎裂。[2]车削参数的优化
陶瓷刀具切削镍基高温合金往往采用大切深，产生大的切削热软化被加工材料，以改善切削加工性。但是过大的切深却会导致陶瓷刀具承受的切屑负载过大，刀具就易损坏。经过对比分析在高温合金零件连续切削中，2.5mm 的切深是比较理想的。进给和车削速度是根据陶瓷刀片承受高温的能力和决定剪切区温度的铁屑厚度决定的，控制剪切区温度可减小切削力，降低磨损程度。如果切削速度降低时进给没有同时减小，由于铁屑温度降低，硬度高，同样会算坏刀刃。所以切速和进给必须同比列改变。
通过对程序和参数进行优化，同时把切削液由干切改为湿切，刀具磨损情况得到有效控制，寿命提高。图 1 为陶瓷刀片走完 4 刀后的磨损情况，为一般的沟槽磨损。7 陶瓷刀具应用效果以某航空发动机动力涡轮机匣为例，其最终壁厚为 2mm,为典型的薄壁零件，机加余量为毛坯的 85%以上。在利用陶瓷刀具后，切削速度明显提升，效率得到提高，成本也降低了。（表 2）
参考文献
[1]崔晶，师俊东，周洪友，等。陶瓷刀具在航空发动机难加工材料中的应用 [J].航空制造技术，2009（23）：43-45.[2]赵秀芬，刘阳，李冬梅，等。陶瓷刀具在转包机匣镍基高温合金加工中的应用 [J].新技术新工艺，2010（5）：59-63.
第二篇：浅谈数控加工中刀具的选择——论文
浅谈数控加工中刀具的选择
重庆市綦江职教中心
摘要：近年来，快速发展的数控机加工工艺技术促进了数控刀具结构基础科研和新产品的研发。世界各大厂商生产的数控机床用刀具种类、规格繁多，数量庞大，往往令人眼花缭乱，不得要领。现将有关数控刀具科普性知识和近几年来数控刀具材料、结构、应用等领域就其精要，在此简要分述，以便利用先进刀具技术为加工服务。
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一、数控刀具的分类
数控加工刀具可分为常规刀具和模块化刀具两大类。模块化刀具是发展方向。发展模块化刀具的主要优点：减少换刀停机时间，提高生产加工时间；加快换刀及安装时间，提高小批量生产的经济性；提高刀具的标准化和合理化的程度；提高刀具的管理及柔性加工的水平；扩大刀具的利用率，充分发挥刀具的性能；有效地消除刀具测量工作的中断现象，可采用线外预调。事实上，由于模块刀具的发展，数控刀具已形成了三大系统，即车削刀具系统、钻削刀具系统和镗铣刀具系统。
1、从结构上可分为 1.1整体式。
1.2镶嵌式可分为焊接式和机夹式。机夹式根据刀体结构不同，分为可转位和不转位。1.2减振式当刀具的工作臂长与直径之比较大时，为了减少刀具的振动，提高加工精度，多采用此类刀具。
2、从制造所采用的材料上分
2.1高速钢刀具 高速钢通常是型坯材料，韧性较硬质合金好，硬度、耐磨性和红硬性较硬质合金差，不适于切削硬度较高的材料，也不适于进行高速切削。高速钢刀具使用前需生产者自行刃磨，且刃磨方便，适于各种特殊需要的非标准刀具。
2.2硬质合金刀具 硬质合金刀片切削性能优异，在数控车削中被广泛使用。硬质合金刀片有标准规格系列产品，具体技术参数和切削性能由刀具生产厂家提供。
硬质合金刀片按国际标准分为三大类：P类，M类，K类。P类——适于加工钢、长屑可锻铸铁（相当于我国的YT类）。
M类——适于加工奥氏体不锈钢、铸铁、高锰钢、合金铸铁等（相当于我国的YW类）。M-S类——适于加工耐热合金和钛合金。
K类——适于加工铸铁、冷硬铸铁、短屑可锻铸铁、非钛合金（相当于我国的YG类）。K-N类——适于加工铝、非铁合金。K-H类——适于加工淬硬材料。2.3金刚石刀具
金刚石(钎焊聚晶、单晶)各类刀具已迅速应用于高硬度、高强度、难加工及有色金属切削加工行业中。
3、从切削工序上可分为
车削刀具分外圆、内孔、外螺纹、内螺纹，切槽、切端面、切端面环槽、切断等。
数控车床一般使用标准的机夹可转位刀具。机夹可转位刀具的刀片和刀体都有标准，刀片材料采用硬质合金、涂层硬质合金以及高速钢。数控车床机夹可转位刀具类型有外圆刀具、外螺纹刀具、内圆刀具、内螺纹刀具、切断刀具、孔加工刀具（包括中心孔钻头、镗刀、丝锥等）。机夹可转位刀具夹固不重磨刀片时通常采用螺钉、螺钉压板、杠销或楔块等结构。数控车床使用的刀具从切削方式上分为三类：圆表面切削刀具、端面切削刀具和中心孔类刀具。
二、数控加工刀具的特点
数控刀具与普通机床上用的刀具实际没有多大区别，为了达到高效、多能、快换、经济的目的，数控加工刀具与普通金属切削刀具相比，数控机床上用的刀具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求，它们需具有以下特点：
1、刀片或刀具的耐用度及经济寿命指标的合理性。
目前生产上通常用刀具耐用度来评定刀具的好坏。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质不可能完全相同，再加上刃磨质量等一些不能完全严格控制的因素，所以即使在相同条件下，刀具耐用度仍随机变动。因此在数控上，除应给出刀具耐用度的平均值指标外，还应给出刀具的可靠指标Tp。它已成为选择刀具的关键性指标。通常是规定可靠度P≥0.9，即9％时刀具切削时间为T0.9。研究表明，当耐用度的随机变量接近于正态分布时，如以耐用度的平均值T作为标准，刀具的可靠性只有50％。
2、刀具或刀片便于切削控制
刀具必须能可靠地断屑或卷屑即切削控制。数控机床上每一工位设备上。装置着许多刀具，切削量大，切屑多，因此，在切削塑性金属时，必须控制切屑不缠绕在刀具，工件及工艺装备上，控制切屑不飞溅，保证操作者安全，不影响切削液喷注，不影响零件的定位和输送，不划伤已加工表面，使切屑易于清理，为此，采用卷屑槽或断屑块的刀具，或用间隙切削或振动切削措施提高断屑效果。
3、刀具或刀片几何参数和切削参数的规范化、典型化。
刀具应具有较高的精度，包括刀具的形状精度、刀片及刀柄对机床主轴的相对位置精度、刀片及刀柄的转位及拆装的重复精度。刀具切削部分的几何尺寸变化要小，刀体刀杆和刀片反复装卸也应能保持精度稳定。
4、刀片、刀柄的定位基准及自动换刀系统要优化
刀片及刀柄高度的通用化、规格化、系列化，使刀具应能快速或自动更换，并需有控制和调整尺寸的功能或具有刀具磨损的自动补偿装置，以减少换刀调整的停机时间。
三、数控刀具的选择
刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一，不仅影响机床的加工效率，而且直接影响零件的加工质量。刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的，应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。
由于数控机床的主轴转速及范围远远高于普通机床，而且主轴输出功率较大，因此与传统加工方法相比，对数控加工刀具的提出了更高的要求，包括精度高、强度大、刚性好、耐用度高，而且要求尺寸稳定，安装调整方便。这就要求刀具的结构合理、几何参数标准化、系列化。数控刀具是提高加工效率的先决条件之一，它的选用取决于被加工零件的几何形状、材料状态、夹具和机床选用刀具的刚性。应考虑以下方面：
1、根据零件材料的切削性能选择刀具。
综合考虑金属、非金属，其硬度、刚度、塑性、韧性及耐磨性等。如车或铣高强度钢、钛合金、不锈钢零件，建议选择耐磨性较好的可转位硬质合金刀具。
2、根据零件的加工阶段选择刀具。
即粗加工阶段以去除余量为主，应选择刚性较好、精度较低的刀具，半精加工、精加工阶段以保证零件的加工精度和产品质量为主，应选择耐用度高、精度较高的刀具，粗加工阶段所用刀具的精度最低、而精加工阶段所用刀具的精度最高。如果粗、精加工选择相同的刀具，建议粗加工时选用精加工淘汰下来的刀具，因为精加工淘汰的刀具磨损情况大多为刃部轻微磨损，涂层磨损修光，继续使用会影响精加工的加工质量，但对粗加工的影响较小。
3、根据加工区域的特点选择刀具和几何参数。
在零件结构允许的情况下应选用大直径、长径比值小的刀具；选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。
4、根据工件的几何形状、加工余量、零件的技术经济指标选择刀具。
正前角刀片：对于内轮廓加工，小型机床加工，工艺系统刚性较差和工件结构形状较复杂应优先选择正型刀片。负前角刀片：对于外圆加工，金属切除率高和加工条件较差时应优先选择负型刀片。一般外圆车削常用80°凸三角形、四方形和80 °菱形刀片；仿形加工常用55 °、35 °菱形和圆形刀片；在考虑到刀具能承受的切削用量前提下综合机床刚性、功率等条件，加工大余量、粗加工应选择刀尖角较大的刀片，反之选择刀尖角较小的刀片。
合理科学的选择数控刀具对数控加工生产效率、加工质量和加工成本影响极大，因此应高度重视数控刀具的正确选择和合理使用，让其更好的为数控加工服务，充分发挥数控加工的优点。
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