株硬刀具在航空行业的应用之涡轮机匣

燃烧室前端机匣，薄壁环形件，刚性差，材料去除量大，加工过程中极易产生变形；两端有装配定位与连接作用的安装边，安装边上有精密定位孔及螺栓连接孔，外表面有各种凸台及不同作用的孔和槽。尺寸精度高、技术要求严格；内部构形复杂、环形槽区域狭窄，容刀空间狭小；环形槽部位壁薄，壁厚也不均匀；以上因素使得机匣零件在加工过程中的稳定性和刚性较差，抵抗径向变形的能力更差。

零件材料为高温合金Inconel 718，具有高硬度、高强度、耐腐蚀、耐高温的难加工特性，刀具磨损剧烈，在高的切削温度下，刀具将产生严重的扩散磨损；加工硬化现象严重，切削更加困难；加工过程中切削力大，为一般钢材的2-3倍；导热系数低，导热性差，切削热集中在刀尖附近，切削温度高。

该零件的加工工艺流程如下：

粗车小端外形——粗车大端内型——车大端基准——粗精车小端——精车大端内型——铣外侧环形槽——铣外侧凸台轮廓——铣外侧凸台面——外侧凸台轮廓清根——铣内侧壁环形槽——铣大端内侧壁环形槽（1）——铣大端内侧壁环形槽（2）——大端内壁环形槽轮廓清根——大端铣内壁精T型槽——精车基准——精车大端

                                       毛坯                                     成品（红色部分）

毛坯原为锻件，经过粗加工后初步成型，最终的成品相对于毛坯来说，材料去除量超过50%，结构相对比较复杂且为薄壁件，切削过程中加工变形会给切削加工带来困难。在选择刀具的时候，应优先选择刃口锋利的槽型，减小切削阻力和加工变形。

粗车小端外型

加工特点：粗加工工序，余量去除率大，同时对加工效率要求高

加工设备：数控立车

选刀原则：粗车外形结构相对简单，着重考虑加工效率问题，优先选用陶瓷刀具。公司的RCGN\RNGN等圆刀片系列，已经成功应用在航空车削领域，结合CA1000牌号能够大幅度提高切削效率。

外圆用正角刀片：CRSCR3232P09（CA1000/ RCGN090700T01015-V）

端面用负角刀片：CRDNN3232P12（CA1000/ RNGN120400T02020）

切削参数：V=200m/min，fr=0.25mm/r

粗车大端内型

加工特点：粗加工工序，余量去除率大，同时对加工效率要求高

加工设备：数控立车

选刀原则：与上一道工序在同一机床加工，可以共用刀具。同样选择陶瓷刀片加工。

外圆、内型面均用正角带片。

使用刀具：CRSCR3232P09

使用刀片：CA1000/ RCGN090700T01015-V

切削参数：V=200m/min，fr=0.2mm/r

车大端基准

加工特点：车基准面

加工设备：数控立车

选刀原则：高温合金精加工刀片，薄壁零件需槽型锋利减小切削力，重复定位精度高；刀杆夹紧安全可靠。公司-NF标准车削槽型适合高温合金薄壁件的精加工，选择刀尖强度较高的55°D型刀片，槽型锋利，定位面精磨，可增加重复定位精度。刀杆用M类压紧方式，夹紧安全可靠。刀片牌号选用耐磨性好的YBG105，提高使用寿命。

使用刀具：MDJNR3232P15

使用刀片：YBG105/DNEG150608-NF

使用刀具：MDJNL3232P15

使用刀片：YBG105/DNEG150608-NF

切削参数：V=40m/min，fr=0.15mm/r

粗精车小端

加工特点：大端精车面定位加工小端内外型面，结构复杂，涉及到异型槽需设计非标刀具，同时壁薄，切削阻力大。

加工设备：数控立车

选刀原则：切槽用方头刀片去粗，圆头刀片仿形精加工，内型面异型槽刀具为非标设计，外圆槽用标准刀具；车削精加工选用锋利槽型。公司高温合金切槽加工刀片ZIMF用于去粗、ZIGQ仿形精加工，内型面异型槽配套刀杆非标设计，外圆槽用公司标准刀杆；车削刀片用标准D型-NF锋利槽型，刀杆M类压紧方式。刀片牌号选用耐磨性好的YBG105，提高使用寿命。

内型面直槽：QEKS3232R12-6N（YBG105/ZIMF608N-NM/ZIGQ6N-NM）

外型面直槽：QEGS3232R12-4N（YBG105/ZIMF406N-NM/ZIGQ4N-NM）

内型面异型槽：异型刀杆1（YBG105/ZIMF304N-NM/ZIGQ3N-NM）  

外型面异型槽：异型刀杆2（YBG105/ZIMF608N-NM/ZIGQ6N-NM）

切削参数：方头刀去粗：V=40m/min，fr=0.25mm/r

                  球头刀仿形：V=50m/min，fr=0.15mm/r

内型面：MDJNL3232P15（YBG105/DNEG150608-NF）

基准面：MDJNR3232P15（YBG105/DNEG150608-NF）

切削参数：V=50m/min，fr=0.15mm/r

精车大端内型

加工特点：内、外型面及基准面精车，最薄部位壁厚仅3.5mm，加工变形严重。

加工设备：数控立车

选刀原则：高温合金精加工刀片，薄壁零件需槽型锋利减小切削力，重复定位精度高；刀杆夹紧安全可靠。

公司对应产品系列：公司-NF标准车削槽型适合高温合金薄壁件的精加工，由于角度限制，选择通用性更好

                                的35°V型刀片，槽  型锋利，定位面精磨，可增加重复定位精度。刀杆用M类压紧方式，

                                夹紧安全可靠。刀片牌号选用耐磨性好的YBG105，提高使用寿命。

使用刀具：MVJNR3232P16（YBG105/VNEG160408-NF）

使用刀具：MVJNL3232P16（YBG105/VNEG160408-NF）

切削参数：V=50m/min，fr=0.15mm/r

铣外侧环形槽

加工特点：环形槽圆周尺寸较大

加工设备：三轴铣床

选刀原则：要求加工效率高。根据零件结构特点及角度约束，设计非标三面刃结构刀具。直面上的槽选用MPHT系列刀片，斜面上的槽选用CNE544R08-2，牌号均用YBG205。

直面：SMPX-160-B40-MP08-14（YBG205/MPHT080305-DM）

斜面：SMPX-160X25-B40-CNE544-16（YBG205/CNE544R08-2）

切削参数：V=50m/min，fz=0.15mm/z

铣外侧凸台轮廓

加工特点：凸台间距较小，切深不大

加工设备：五轴铣床

选刀原则：由于被加工区域较窄，选用小直径杆式立铣刀进行插铣，提高效率。选用XMR直柄刀具比较合适。   

使用刀具：XMR01-020-G20-WP05-02-M

使用刀片：YBG205/ WPGT050315ZSR

切削参数：V=80m/min，fz=0.12mm/z

铣外侧凸台面

加工特点：面铣加工，余量不大

加工设备：五轴铣床

选刀原则：高温合金面铣，注重加工效率与成本。公司FMA01/FMA02系列装SEET刀片，以及大进给系列等均可进行高温合金面铣，考虑到铣削余量不大，选择XMR01大进给系列进行插铣加工，根据凸台轮廓尺寸选择合适刀具直径，刀片牌号选择YBG205。

使用刀具：XMR01-063-A22-WP08-04

使用刀片：YBG205/WPGT080615ZSR

切削参数：V=80m/min，fz=0.15mm/z

外侧凸台轮廓清根

加工设备：五轴铣床

选刀原则：高温合金整体铣刀，公司GM系列球头铣刀可进行高温合金加工，且性能稳定，根据零件圆弧角选择对应刀具型号。

使用刀具： PM-2B-R3.0

切削参数：V=30m/min，fz=0.06mm/z

铣内侧壁环形槽

加工特点：环形槽在直面上，圆周尺寸较大

加工设备：三轴铣床

选刀原则：提高铣削效率并减少成本是关键，与外侧直面环形槽铣削共用刀具。

使用刀具：SMPX-160-B40-MP08-14

使用刀片：YBG205/MPHT080305-DM

切削参数：V=50m/min，fz=0.15mm/z

铣大端内侧壁环形槽（1）

加工特点：环形槽在斜面上，圆周尺寸较大

加工设备：三轴铣床

选刀原则：提高铣削效率并减少成本是关键，与外侧斜面上环形槽铣削共用刀具。

使用刀具：SMPX-160X25-B40-CNE544-16

使用刀片：YBG205/CNE544R08-2

切削参数：V=50m/min，fz=0.15mm/z 

铣大端内侧壁环形槽（2）

加工特点：部分槽圆周尺寸较小，无法用三面刃铣刀加工

加工设备：五轴加工中心或三轴铣床

选刀原则：公司FMR01系列杆式结构，装配RCKT圆刀片，适合这种被加工结构，并可提高铣削效率。

使用刀具：FMR01-032-XP25-RC10-02

使用刀片：YBG302/RCKT10T3MO-DM

切削参数：V=50m/min，fz=0.15mm/z 

大端内壁环形槽轮廓清根

加工设备：五轴加工中心或三轴铣床

选刀原则：高温合金整体硬质合金铣刀，与外侧凸台轮廓清根共用同一把刀。

使用刀具：PM-2B-R3.0

切削参数：V=30m/min，fz=0.06mm/z

大端铣内壁精T型槽

加工特点：槽型为球面

加工设备：五轴加工中心或三轴铣床加工

选刀原则：球面加工，选用球头铣刀，公司BMR04刀具，装配ZOHX系列全磨刀片，精度高，同时ZOHX3207-GF槽型锋利且强度好，配合YBG252牌号，适用于精加工铣削。

使用刀具：BMR04-032-G32-M

使用刀片：YBG252/ZOHX3207-GF

切削参数：V=40m/min，fz=0.1mm/z

精车基准

加工特点：精车基准面，最薄部位壁厚仅3.5mm，加工变形严重。

加工设备：数控立车

选刀原则：高温合金精加工刀片，薄壁零件需槽型锋利减小切削力，重复定位精度高；刀杆夹紧安全可靠。

                 公司-NF标准车削槽型适合高温合金薄壁件的精加工，选择刀尖强度较高的55°D型刀片，槽型锋利，

                 定位面精磨，可增加重复定位精度。刀杆用M类压紧方式，夹紧安全可靠。结合ZIGQ3N-NM异型槽刀，

                 可以完成加工内容。刀片牌号选用耐磨性好的YBG105，提高使用寿命。

使用刀具：MDJNL3232P15

使用刀片：YBG105/DNEG150608-NF

异型刀杆2（YBG105/ZIGQ3N-NM）

切削参数：V=40m/min，fr=0.15mm/r

精车大端

加工特点：精车大端，壁厚仅3.5mm，加工变形严重。

加工设备：数控立车

选刀原则：高温合金精加工刀片，薄壁零件需槽型锋利减小切削力，重复定位精度高；刀杆夹紧安全可靠。公司-NF标准车削槽型适合高温合金薄壁件的精加工，由于角度限制，选择通用性更好的35°V型刀片，槽型锋利，定位面精磨，可增加重复定位精度。刀杆用M类压紧方式，夹紧安全可靠。刀片牌号选用耐磨性好的YBG105，提高使用寿命。

使用刀具：MVJNR3232P16

使用刀片：YBG105/VNEG160408-NF

使用刀具：MVJNL3232P16

使用刀片：YBG105/VNEG160408-NF

切削参数：V=50m/min，fr=0.15mm/r

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（株洲钻石）

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