航空發(fā)動機高壓壓氣機盤、渦輪盤等零件，屬于發(fā)動機中高速旋轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件，零件的結(jié)構(gòu)、形狀較為復(fù)雜，尺寸精度與技術(shù)條件要求較嚴，材料多為強度高、硬度高的切削性能較差的高溫合金材料，加工過程中零件的余量較大，按傳統(tǒng)工藝進行加工，效率較低，影響零件的周轉(zhuǎn)與交付進度。選取陶瓷刀具，采用數(shù)控加工工藝進行零件的粗加工、半精車加工工作，能夠達到提高零件加工效率與加工質(zhì)量的目的。通過梳理盤類零件的工藝規(guī)程，篩選、確定以某型號發(fā)動機九級輪盤作為典型零件，開展陶瓷刀具高效加工研究、攻關(guān)，從而帶動盤類零件整體制造技術(shù)的提升。該零件特點是，形狀較為復(fù)雜，零件的加工精度較高，材料為鎳基高溫合金，在發(fā)動機盤類零件中具有代表性。通過采用高性能陶瓷刀具實施高效數(shù)控加工，對于批量生產(chǎn)的零件，能夠大大減少加工時間并提高質(zhì)量，解決制約生產(chǎn)的難題。本文主要闡述了應(yīng)用數(shù)控車設(shè)備，選擇適用的陶瓷刀具，進行數(shù)控加工程序的編制，以及切削加工參數(shù)的摸索、驗證，成功實現(xiàn)九級輪盤零件采用陶瓷刀具高效數(shù)控加工的工藝過程。

　　九級輪盤是某航空發(fā)動機的關(guān)重部件，在高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速的惡劣環(huán)境條件下工作；選用材料均為GH4169，在切削加工時，切削負荷重，切削溫度高，加工硬化現(xiàn)象嚴重，切削加工性能低。本文主要針對零件粗車加工、半精車加工不同過程，開展陶瓷刀具的高效加工應(yīng)用研究，著力解決制約生產(chǎn)過程的關(guān)鍵問題，推動航空盤類零件制造技術(shù)水平的提升。

　　1 研究目標

　　依據(jù)選定的典型零件，針對零件各自的特點開展研究。

　　九級輪盤受模鍛造技術(shù)限制，毛料尺寸較大，且零件存在一處深70mm，寬35mm的深腔結(jié)構(gòu)（圖1所示），傳統(tǒng)的加工工藝是采用普通車床進行加工，用焊接車刀進行粗開槽及半精加工，不僅加工時間長、效率低，而且刀具消耗也很大，且深腔部位加工質(zhì)量不穩(wěn)定，經(jīng)常造成加工不到位、表面光度差等問題，零件返修率據(jù)高不下。陶瓷刀具應(yīng)用研究以提高粗車、半精車加工質(zhì)量及效率為主。

　　2 刀具方案

　　典型零件為鎳基高溫合金GH4169材料。在切削加工時，切削負荷重，單位切削力可比中碳鋼高50%；切削溫度高，在相同的切削條件下，切削溫度約為45鋼的1.5-2倍；刀具磨損劇烈，刀具壽命明顯下降，在高切削溫度（750-1000℃）下，刀具產(chǎn)生嚴重的擴散磨損和氧化磨損；加工硬化現(xiàn)象嚴重，已加工表面的硬化程度可達200%-500%。因此高溫合金的可切削加工性能低，車加工比較困難。

　　陶瓷刀片與硬質(zhì)合金刀片相比，可承受2000℃的高溫，更具有高溫化學(xué)穩(wěn)定性，可高速切削，但其缺點是陶瓷刀片的強度和軔性很低，容易破碎。陶瓷刀片耐高溫，對高溫高速切削更有利，由于陶瓷熱導(dǎo)率低，高溫只在刀尖，高速切削所產(chǎn)生的熱量都隨屑帶走。采用陶瓷刀具進行加工，零件高速旋轉(zhuǎn)，零件切削處材料紅熱、軟化，刀具去除材料效率較高，因此，經(jīng)過項目團隊認真分析，決定采用陶瓷材料刀具進行加工。

　　計算機輔助仿真驗證

　　由于零件可見性差，并且零件切削速度較高，為了保證加工安全性，驗證數(shù)控程序走刀軌跡的正確行，檢查零件與刀具的干涉情況，加工前在計算機上使用仿真軟件，進行輔助加工仿真驗證，降低加工風(fēng)險。

　　 加工試驗研究

　?。?） 零件加工參數(shù)選擇

　　（2） 零件加工試驗

　　九級輪盤首先選擇在試驗件上進行加工試驗，按照工步卡確定的加工步驟，依次進行，通過試件加工，一方面進一步校驗程序正確性，另一方面檢驗刀具的切削壽命以及干涉情況。試件加工結(jié)束后，對零件相關(guān)尺寸進行測量，加工質(zhì)量滿足工藝規(guī)定要求， “讓刀”現(xiàn)象較輕，零件光度與傳統(tǒng)加工工藝相比較有了較大的改觀。將試驗件的加工結(jié)果用于真件的加工，加工的質(zhì)量較為穩(wěn)定，零件的變形量得到了控制，表面質(zhì)量得到了提升，加工的效率大幅提高。

　?。?）結(jié)果與分析

　　通過零件的試驗與研究，對陶瓷刀具的加工特性有了一定的了解，選用陶瓷刀具對該GH4169材料進行，刀具選擇較為適用，安排加工路線的正確、可行，切削參數(shù)的設(shè)定合理，對減小零件加工變形也有了一定的控制措施，零件加工質(zhì)量得到了保證。

　　按照試驗、攻關(guān)的結(jié)果，陶瓷刀具在批產(chǎn)加工中進行了應(yīng)用，加工效率明顯提高，九級輪盤單臺切削時間減少了近8小時，極大地緩解了數(shù)控立車的生產(chǎn)壓力，加快了零件的周轉(zhuǎn)速度。

　　通過跟蹤零件的加工，對加工過程不斷的完善，將數(shù)控程序進行整理、優(yōu)化、存檔，編制了標準化操作說明書，用于指導(dǎo)操作者規(guī)范加工，零件的加工質(zhì)量更加穩(wěn)定。

　　結(jié)語

　　通過對九級輪盤典型盤類零件進行試驗研究，應(yīng)用陶瓷刀具進行高效加工的研究，制定的工藝路線正確可行，選定的陶瓷刀具、加工參數(shù)合理，加工的效果較好，達到了預(yù)期制定的目標。

　　隨著數(shù)控設(shè)備的逐漸普及和加工能力的不斷提高，高性能陶瓷刀具在盤類零件的加工中應(yīng)用會越來越廣泛，制造技術(shù)能夠得到進一步的提升，對全面完成公司不斷增加批產(chǎn)任務(wù)，發(fā)揮越來越重要的作用。