先进刀具技术与航空零件切削加工
刀具在航空航天领域的应用与期待
１ ６
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争 籼工 磊
Ｉ
技术的发展与需求
航空航天产品为 了提 高产 品性能 ，保证产 品质
量及 可 靠性 ，对 零 件 的尺 寸 精 度 、 几何 公 差 、表 面 质 量 等 提 出 了 更 高 的 要 求 ， 产 品 的 密 封 件 、 精 密 偶件 的 配 合 间 隙 在 ０ ０ ～０Ｏ ３ ． １ ．０ ｍｍ ，表 面 粗 糙 度 Ｏ
值一般在Ｒ ＝ ． “ｍ，几何公差要求达到０１ ｍ以 ０１ ． 上 ，零件精度从微米级提高到０１ ．１ ．～００ “ｍ。超精
密 加 工机 床 、高效 切 削 加 工 及加 工 方 法和 复合 加 工 技 术将 是 制 造业 特 别 是航 空 航 天 制 造业 发 展 和 需 求
削提供 更有效的保护 ，使刀片具有稳定的高温性能 和 良好 的耐冲击性 ，提高了刀片的耐磨性和使用寿 命 ，加 工稳定性高 。实现高速 、高进给切 削，提高
制 造技 术水 平 的高 低 。
检 测 、道 路模 拟试 验 等 设备 。该类 设 备在 设计 与 制
作 过程 中 ，需 要制 造 企业 进 行 用 户的 工艺 了解 与研 究 ，做 好 对用 户 前期 技 术交 底 服务 好 于承 诺用 户 的
具 已有带 扭矩 一 体化 功 能 且 型式 多样 ，但 因价 格较 贵 ，再 加 之 国产 工具 在 功 能上 比 较欠 缺 ，使 得 许 多 企 业或 选 择采 用 ，或部 分 仍采 用 手 工作 业 。需 要机 床 工具 业 通过 消 化 吸收 国外先 进 技术 ，研发 制造 用 户 需求 的 低价 优 质的 工具 ，提升 用 户生 产 力 。
高精度航空航天关键机械零部件 加工参数
高精度航空航天关键机械零部件加工参数1. 引言随着科学技术的不断发展，航空航天领域对于高精度机械零部件的需求越来越高。
这些机械零部件的加工过程需要严格控制各项参数，以确保其具备精确度、可靠性和稳定性。
本文将探讨高精度航空航天关键机械零部件的加工参数及其重要性。
2. 加工参数的定义在航空航天领域中，加工参数是指在加工过程中需要控制和调整的一系列关键参数，包括切削速度、进给速度、切削深度、切削力等。
这些参数的选择和控制直接影响着零部件的加工质量和性能。
2.1 切削速度切削速度是指刀具切削金属材料的速度。
在机械零部件的加工过程中，切削速度的选择应根据材料的种类、刀具的类型和工作环境等因素综合考虑。
切削速度过高会导致刀具磨损加剧，切削速度过低则会降低加工效率。
2.2 进给速度进给速度是指工件在刀具切削下的移动速度。
进给速度的选择应根据切削力和切削深度等参数来确定，以保证加工过程中的稳定性和精度。
进给速度过高会导致加工表面质量下降，进给速度过低则会影响加工效率。
2.3 切削深度切削深度是指切削刀具切入工件的深度。
切削深度的选择应根据工件的材料和几何形状来确定，以确保加工过程中的稳定性和切削力的控制。
切削深度过大容易导致刀具振动和加工表面质量下降，切削深度过小则会影响加工效率。
2.4 切削力切削力是刀具在切削过程中对工件的力作用。
切削力的大小直接影响加工过程的稳定性和零部件的加工质量。
合理控制切削力可以减小刀具磨损、降低加工振动和提高加工精度。
3. 加工参数的影响因素高精度航空航天关键机械零部件的加工参数受多个因素的影响，包括材料的性质、刀具的设计和加工设备的稳定性等。
3.1 材料的性质材料的硬度、韧性、热导率等性质会直接影响切削过程中的切削力和切削温度。
不同材料需要采用不同的加工参数才能保证零部件的性能和质量。
3.2 刀具的设计刀具的几何形状、材料和涂层等都会对加工参数的选择和控制产生影响。
优化设计的刀具能够提高切削效率、降低切削力和改善加工表面质量。
飞机装配中的先进制孔技术与装备探究
飞机装配中的先进制孔技术与装备探究随着航空航天事业的不断发展，飞机装配技术也在不断的更新和进步。
制孔技术作为飞机装配中的重要环节，对飞机的安全性和性能起着至关重要的作用。
本文将探讨飞机装配中的先进制孔技术与装备，以期更好地理解当今飞机装配领域的最新发展和趋势。
先进制孔技术是指在飞机装配中，采用先进的技术和装备来进行飞机零部件的孔洞加工。
随着飞机使用材料的不断更新和发展，传统的孔加工技术已经不能满足飞机装配的需要，先进制孔技术的出现为飞机装配提供了更加高效、精密和自动化的解决方案。
在这方面，先进的数控机床、激光加工设备、超声波加工设备等成为飞机制孔技术的主要装备。
数控机床是飞机制孔技术中不可或缺的一部分。
它能够根据预先输入的程序，自动完成零部件的孔洞加工，具有加工速度快、精度高、稳定性好的特点。
在飞机装配中，各种材料的孔洞加工都需要数控机床来完成。
为了适应飞机轻量化的趋势，新型的数控机床还在不断的研发和推广，以满足更高的加工精度和效率需求。
激光加工设备是另一种先进的制孔技术装备，它能够利用激光束对各种材料进行精密的加工，具有非接触加工、无切削力和热影响小等优点。
在飞机装配中，激光加工设备可以对各种复杂形状的孔洞进行加工，而且还可以实现多孔同时加工，提高了加工效率。
激光加工还可以用于对材料表面进行刻蚀处理，提高了零部件的耐腐蚀性和表面质量。
超声波加工设备是近年来出现的一种新型制孔技术装备。
它利用超声波的振动作用来进行材料的加工，具有加工速度快、加工力小、加工质量高等特点。
在飞机装配中，超声波加工常用于对复杂材料的孔洞加工，如碳纤维复合材料、钛合金等。
这些材料传统的孔加工技术往往难以胜任，而超声波加工设备则能够轻松应对，成为飞机装配中的重要装备之一。
除了以上提到的装备之外，飞机装配中的先进制孔技术还涉及到一系列的加工工艺和技术。
自动化加工线可以实现对零部件的连续加工，提高了生产效率。
先进的刀具技术和刀具涂层技术可以提高刀具的使用寿命和加工质量。
高速加工技术在大飞机零件加工中的应用
件 数 控 加 工 时 的 材 料 去 除 速 率 高 达 ５ ０ ｍ３ ｍｉ～ ７ ０ ００ｃ ／ ｎ ００
ｃ ／ ｎ。 ｍ３ ｍｉ
１ ２ 高 速 切 削 技 术 的 优 点 ．
零 件 等 。其 中 ， 框 可 分 标 准 隔 框 和 受 力 隔 框 等 ， 可 分 整 隔 梁
速 可 达 ４ ０ ０／ ｎ 甚 至 更 高 。 ２ ０ ｒｍｉ，
（ ） 壳 零 件 。 主 要 包 括 机 身 、 翼 、 翼 的 蒙 皮 、 板 １薄 机 尾 壁 （） 用 高 性 能 的进 给 系 统 ， 加 工 中 各 种 走 刀 路 径 获 和 整 流 罩 ， 外 形 涵 盖 了单 曲 率 、 曲 率 和 异 号 曲 率 等 复 杂 ２采 在 其 双
ＮＯ． ２０１ ９， ０
现 代 商 贸 工 业 Ｍｏ ｅｎＢ ｓ ｅｓ ｒｄ ｄ ｓ ｙ ｄ ｒ ｕ ｉ ｓ Ｔ ａｅＩ ｕｔ ｎ ｎ ｒ
２ １ 第 ９期 ０ ０年
高 速 加 工 技 术 在 大 飞 机 零 件 加 工 中 的 应 用
杨 刚 张 宝 民
（ 中航 工 业 第 一 飞机 设 计 研 究 院 ， 西 西 安 ７ ０ ８ ） 陕 １ ０ ９
（） 给速 Βιβλιοθήκη 也 相 应提 高 ５ １ １进 ～ ０倍 ； 时 ， 床 空 程 速 体 梁 和 铆 接 梁 等 。 同 机
． 度 也 大 幅 度 提 高 ， 大 减 少 了 非 切 削 时 间 ， 而 极 大 地 提 高 ２ ２ 按 零 件 的 数 控 加 工 特 征 分 类 极 从 了切削效率 。 按 零 件 的 数 控 加 工 特 征 分 类 ， 将 飞 机 结 构 件 分 为 平 可
智能制造和高速高精加工技术——访中航工业北京航空制造工程研究所王焱研究员
王老师 说在整个 工艺流程 中切 削刀具 是支撑和促 进切 削加工技术进 步 的关 键 因素之 一 。近年来 ，高速 高精 数控机床 的广泛应用 促使现代 切削加 工技术发展 到 了一个新 的阶段 ，先进 高效刀具 的应用 是使 昂贵 的 数控机床 充分 发挥 其高速 高效加工 能力 的基本 前提之 一 ， 也是先进工艺技术发挥效用 的重要保障 。
工艺装 备是实现 工艺方法 的基础 ，是工艺技术 实 施 的载 体 。由于航空产 品零部件越 来越 多地采用整 体 结 构 和 新 型 材 料 ，常 常 具 有 复 杂 曲面 外 形 、 复 杂 的 结 构形 式和装配 协调关 系等特殊要 求 ，高速 高精技术 成 为支撑航 空产 品制造的关键，航空制造业对高速 高精设 备 有 着 迫 切 的需 求 。工 艺技 术 研 究 除探 索 工 艺 方法 、确 定 工 艺 流程 外 ，经 常 要解 决 的就 是 新型 工 艺 设 备工 程 开 发 与 应 用 问题 。航 空 专 用工 艺 装 备 是 中航 工 业 北京 航 空 制造工程研究所主攻的另一个重要领域 ，从机床结构及 部 件 的设 计制 造 、配 置 安装 到 调 试 整个 过 程 都 形成 了独 有 的特 色 和 能力 ， 以数 控机 床 为 例 ，经过 长 期 的 技术 研 究 和 实 际 工作 经 验 积 累 ，交 付 的数 控机 床 在 功 能 、性 能 和 可 靠 性 等方 面 都 达 到 了国 际或 国 内先进 水 平 ，完全 能 够 满足航空大型结构件的加工需要 。
切 削加 工 追 求 的 目标 是 高精 度 、 高效 率 、低 成 本 、 绿 色 环 保 。先 进 的 刀 具 技 术 是 促 进 切 削 技 术 发 展 的基础 和保证 ，刀具技术 的发展涉 及刀具材料 和刀具 结 构 的 发 展 ， 刀 具 材 料 是 提 升 刀具 性 能 的基 础 ， 刀 具 结 构是提高 工件加工精度 的关键 。随着高速 加工 、高 精 度 加 工 技 术 的 进 步 和 难 加 工 材 料 应 用 数 量 的 增 加 ， 刀 具材料和 技术 的进展 也十分显 著 ，人们 在新型刀具 材料 的应用 、刀具涂层 技术 以及 新型刀具切 削性能方 面 进 行 了大 量 的 研 究 与 应 用 工 作 ， 以适 应 高速 切 削 、 干式切 削、高精度加工 的基本 需求 。
先进制造工艺--高速切削技术
第三讲1.高速切削技术高速切削的产生背景和发展史高速切削（HSM或HSC）通常指高主轴转速和高进给速度下的立铣，它是20世纪90年代迅速走向实际应用的先进加工技术，在航空航天制造业、模具加工业、汽车零件加工、以及精密零件加工等得到广泛的应用。
高速铣削技术既可用于铝合金、铜等易切削金属，也可用于淬火钢、钛合金、高温合金等难加工材料，以及碳纤维塑料等非金属材料。
例如，在铝合金等飞机零件加工中，曲面多且结构复杂，材料去除量达高达90％～95％，采用高速铣削可大大提高生产效率和加工精度；在模具加工中，高速铣削可加工淬火硬度大于HRC50的钢件，因此许多情况下可省去电火花加工和手工修磨，在热处理后采用高速铣削达到零件尺寸、形状和表面粗糙度要求。
高速切削概念始于1931年德国所罗门博士的研究成果：“当以适当高的切削速度（约为常规速度的5～10倍）加工时，切削刃上的温度会降低，因此有可能通过高速切削提高加工生产率”。
60多年来，人们一直在探索有效、适用、可靠的高速切削技术，但直到20世纪90年代该技术才逐渐在工业实际中推广应用。
高速切削最早在飞机制造业和模具制造l受到很大的重视。
为使飞机的零部件满足很高的可靠性要求，大部分重要零件都是在整块铝合金坯件卜铣削而成，既可减少焊缝，又可提高零件的强度和抗振性。
但常规铣削效率很低，从而导致了高的生产成本和长的交货时间。
高速切削是克服这方面问题的最好解决方案。
汽车工业中，模具制造是产品更新换代的关键。
新车型定型后，模具制造周期的长短直接影响到产品的上市时间，也关系到市场竞争的成败。
所以在80年代美国、欧洲和日本的政府都出巨资推动高速切削在模具制造中的应用研究，90年代初高速切削已进入工业化应用。
图16 高速切削在生产应用中的发展历程图17 采用高速切削后产品质量提高的历程a一硬质合金切钢 b一硬质合金切铸铁c—CBN切铸铁图16是德国宝马公司（BMW）采用高速切削的历程。
切削过程智能化实现高效高精度加工——访哈尔滨理工大学机械动力工程学院院长刘献礼教授
切削过程智能化实现高效高精度加工——访哈尔滨理工大学机械动力工程学院院长刘献礼教授海山【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2018(061)018【总页数】2页(P24-25)【作者】海山【作者单位】【正文语种】中文：请您简单介绍一下哈尔滨理工大学高效切削及刀具国家地方联合工程实验室目前主要的研究内容与科研特色。
刘献礼：哈尔滨理工大学高效切削及刀具国家地方联合工程实验室是由国家发改委于2011年批准，在哈尔滨理工大学先进切削加工技术及刀具实验室的基础上建设的。
现有固定研究人员40余人，硕士研究生160人，博士研究生及博士后人员20余人，拥有切削刀具性能评价平台、高性能刀具设计平台、智能切削数据库与信息共享平台、高效切削技术研发平台、切削加工过程智能监控与信息化技术平台、切削加工工艺与刀具技术培训咨询服务平台6个平台等，完成国家攻关、科技支撑计划、国家基金及地方等切削及刀具类项目100余项，获得国家及省部级科技奖项20余项。
目前，承担国家、地方及企业委托项目60余项，主要研究方向有数控加工过程智能优化、先进刀具（刀片）设计及制造、切削数据及管理、重型切削、高速切削、清洁切削、切削过程仿真及优化、切削加工过程振动控制技术等。
：专用化是刀具发展的一个主要趋势，针对航空用特殊材料，如高温合金、高强钢等的加工，课题组在刀具的设计过程中做了哪些探索性的工作？取得了哪些科研成果？未来的研究重点将有哪些？刘献礼：哈尔滨理工大学针对难加工材料进行高效切削技术方面的研究已经有30年的历史了，在切削参数优化、专用刀片开发及专用刀具开发方面等做了大量工作，相关科研成果解决了多项企业切削技术难题，例如20世纪80年代初，针对加氢反应器的筒节难加工材料开发了4K25重型刀片，此款刀片目前在重型切削加工领域还在广范应用。
近期哈理工与株洲钻石公司在04专项的支持下，共同开发针对航空航天高温合金、钛合金典型零件的PCBN刀具和PCD刀具系列；与西航及西北工业大学合作，结合04专项开发整体叶盘加工用系列刀具，包括插铣刀、锥球头铣刀和盘铣刀，这些系列刀具填补了国内空白，并具有系列化产品。
金属加工工艺中的先进切削技术研究
金属加工工艺中的先进切削技术研究在当代制造业领域，金属加工工艺一直扮演着重要的角色。
随着科学技术的不断发展和创新，先进切削技术正成为金属加工工艺中的关键环节。
本文将对金属加工工艺中的先进切削技术进行研究和探讨。
1. 先进切削技术的定义与意义先进切削技术是指结合现代工程学、材料科学、机械力学等相关学科的知识与理论，在金属加工工艺中应用创新技术，追求高效、精密和经济的切削加工方式。
其意义在于提高金属加工的效率、加工质量和降低成本，从而推动整个制造业的发展。
2. 先进切削技术的发展趋势（1）超硬刀具技术：超硬刀具具有高硬度、高热稳定性和耐磨性等特点，能在高速切削中保持较长的切削时间和良好的切削性能。
（2）高速切削技术：高速切削技术能够提高金属切削的效率，缩短加工时间，减少加工成本，并减小加工过程中的振动和热变形。
（3）微细切削技术：随着精度要求的提高，对微细切削技术的需求也日益增长。
微细切削技术能够实现微细加工，获得更高的精度和表面质量。
（4）复合切削技术：复合切削技术将多种切削工艺结合起来，综合利用各种切削方式的优势，以提高加工效率和加工质量。
3. 先进切削技术的应用案例（1）高速铣削技术在航空制造中的应用：高速铣削技术能够加工各种难加工材料，高效完成复杂的造型零件加工任务，提高航空制造中的加工效率。
（2）微铣削技术在精密电子制造中的应用：微铣削技术能够获得非常小的加工尺寸和高精度的加工表面，满足精密电子产品对加工精度和表面质量的要求。
（3）刀路优化技术在汽车制造中的应用：刀路优化技术能够通过优化刀具轨迹和加工参数，提高汽车零部件的切削效率，减少加工时间和成本。
（4）超硬刀具技术在模具制造中的应用：超硬刀具能够实现高速、高效的精细加工，提高模具制造的效率和加工质量。
4. 先进切削技术的挑战虽然先进切削技术带来了诸多优势，但也面临一些挑战。
首先，先进切削技术的引入需要大量的技术投入和设备更新，因此成本较高。
超精密切削加工技术介绍
超精密切削加工技术介绍
超精密加工技术是适应现代高科技的需要而发展起来的先进制造技术, 是高科技尖端产品开发中不可或缺的关键技术, 是一个国家制造业水平重要标志, 是先进制造技术基础和关键, 也是装备现代化不可缺少的关键技术之一, 在军用和民用工业中有着十分广阔的应用前景。
金刚石超精密切削技术, 是超精密加工技术发展最早的、应用最为广泛的技术之一。
超精密切削加工技术
1、超精密切削的历史
60年代初，由于宇航用的陀螺，计算机用的磁鼓、磁盘，光学扫描用的多面棱镜，大功率激光核聚变装置用的大直径非圆曲面镜，以及各种复杂形状的红外光用的立体镜等等，各种反射镜和多面棱镜精度要求极高，使用磨削、研磨、抛光等方法进行加工，不但加工成本很高，而且很难满足精度和表面粗糙度的要求。
为此，研究、开发了使用高精度、高刚度的机床和金刚石刀具进行切削加工的方法加工。
2、超精密切削加工的应用
（1）平面镜的切削
平面度
金刚石刀具
1、金刚石刀具特点
金刚石刀具拥有很高的高温强度和硬度，而且材质细密，经过精细研磨，切削刃可磨得极为锋利，表面粗糙度值很小，因此可进行镜面切削。
金刚石刀具超精密切削主要用于加工铜、铝等有色金属，如高密度硬磁盘的铝合金基片、激光器的反射镜、复印机的硒鼓、光学平面镜，凹凸镜、抛物面镜等。
超精切削刀具材料有天然金刚石，人造单晶金刚石。
金刚石刀具磨损的常见形式为机械磨损和破损。
机械磨损——机械摩擦、非常微小；破损。
先进机械加工技术在航空发动机制造中的应用
先进机械加工技术在航空发动机制造中的应用先进机械加工技术在航空发动机制造中的应用随着航空业的迅速发展，航空发动机的制造要求也越来越高。
为了满足航空发动机的制造要求，各种先进的机械加工技术被应用于航空发动机的制造过程中。
这些先进的机械加工技术在提高生产效率、降低制造成本、提高产品质量和实现设计创新等方面发挥了重要的作用。
本文将重点介绍先进机械加工技术在航空发动机制造中的应用，并对其技术特点和优势进行分析和讨论。
先进机械加工技术在航空发动机制造中的应用主要包括数控加工技术、激光加工技术和高速切削技术等。
数控加工技术是航空发动机制造中最常用的机械加工技术之一。
数控加工技术通过计算机控制加工工具的运动轨迹和加工参数，可以实现复杂零件的高效加工。
航空发动机制造中的许多关键零部件，如涡轮盘、涡轮叶片和涡轮内衬等，需要进行高精度的加工才能满足其工作要求。
数控加工技术可以实现加工精度的大幅提高和加工工艺的优化，从而提高产品的质量和性能。
此外，数控加工技术还可以实现加工过程的自动化和集成化，提高了生产效率和制造成本的控制。
激光加工技术是一种通过高能激光束对材料进行加工的技术，其特点是无接触、无切削力和可非常精细的控制加工区域和深度等。
在航空发动机制造中，激光加工技术主要应用于涡轮盘的开槽、孔洞的加工和涡轮叶片的修整等方面。
由于航空发动机的旋转部件需要在高转速下工作，因此对其平衡性能的要求非常高。
激光加工技术可以实现对涡轮盘上的开槽进行精密加工，提高其平衡性能。
此外，激光加工技术还可以实现对涡轮叶片进行精细修整，优化叶片的气动性能，提高发动机的效率和推力。
高速切削技术是一种通过提高切削速度和切削深度来提高加工效率和降低加工成本的技术。
航空发动机制造中的许多零部件，如转子、压气机叶片和涡轮叶片等，需要通过切削加工来获得其精确的几何形状和表面质量。
传统的切削加工技术由于切削速度较低，加工效率不高，制造成本较高。
而高速切削技术可以实现切削速度的大幅提高，加工效率的显著提升和加工表面质量的改善。
航空航天系列化刀具的开发与应用
·72·第06期 数控机床市场航空航天系列化刀具的开发与应用■ 文/上海工具厂有限公司 祝新发一、概述随着国民经济的发展和产业升级，航空航天产业发展迅速。
特别随着大飞机产业国家战略地位的确定并积极推进实施，航空航天产业发展更为迅猛。
据中国商飞发布的《全球民用飞机市场预测报告》，未来20年，全球、中国客机市场规模将分别达到6.6和1.4万亿美元（如图1）。
目前，国产大飞机产业正待起航:国产C919（如图2）已获得1015架订单，市场规模高达近7000亿元;CR929远程宽体客机正在与俄罗斯进行联合研制，中国航空航天产业前景一片光明。
航空航天产业的发展，对刀具的发展提出了新的更高要求。
由于航空航天飞行器涉及大量的复合材料、复合叠层材料、钛合金、高温合金、图1 未来20年中国和全球客机交付量和总价值图2 国产大飞机C919·73·第06期 数控机床市场铝合金等难加工材料的应用，这些材料在加工过程中性能各异，例如复材加工过程中刀具易磨损，且复材易出现加工毛刺、分层、撕裂等缺陷;复材叠层要求同一把刀具必须适应至少两种性质完全不同材料的同时加工，且不能出现任何加工缺陷;而钛合金加工过程中热量极高，且不易排屑等。
航空航天对加工质量要求极高，容不得一丝差错，因而对刀具的选材、设计、制作、涂层、寿命和稳定性提出了个性化的解决方案的要求，不可用通用性的加工方案予以解决。
同时，大量航空新材料的应用也对国产刀具提出了新的更高挑战。
目前，航空航天难加工领域刀具主要为进口刀具。
据山特维克统计，2018年航空航天刀具占其刀具业务板块销售额的14%左右。
而国产刀具在此领域起步较晚，正在加大力度进行技术创新，提高国产化比例。
上海工具厂有限公司通过承担国家科技重大专项:航空航天用系列化刀具开发课题，在加强与航空航天企业深入合作的基础上，结合应用现场试验和联合技术开发对接，研制了一系列针对航空航天领域加工的刀具，涉及航空航天用复合材料加工刀具，飞机总装刀具以及飞机制造刀具等，这些刀具已在航空航天企业批量应用。
高速钢刀具的应用与发展趋势
高速钢刀具的应用与发展趋势钢刀具作为工业生产中必不可少的工具，其材质的发展一直是工具制造行业的核心关注点之一。
高速钢刀具因其良好的耐磨性、热硬性和耐冲击性而备受推崇，广泛应用于金属加工、汽车制造、航空航天等领域。
本文将介绍高速钢刀具的应用领域及其发展趋势。
首先，高速钢刀具在金属加工领域具有广泛应用。
金属加工是高速钢刀具的主要应用领域之一，涵盖了钣金加工、铣削、车削、切割等多个方面。
高速钢刀具具有优良的硬度和切削性能，可提供高效的切削速度和加工精度。
在自动化生产环境中，高速钢刀具能够满足大批量生产的需求，提高工作效率和产品质量。
其次，高速钢刀具在汽车制造业中的应用也十分重要。
随着汽车工业的迅速发展，对刀具的要求也越来越高。
高速钢刀具在汽车制造领域的应用主要集中在钣金加工、铣削和打孔等方面。
高速钢刀具能够提供高速、高效的切削性能，从而满足汽车制造过程中对精度和质量的要求。
此外，航空航天领域也是高速钢刀具的主要应用领域之一。
在航空领域，高速钢刀具主要用于加工航空零部件。
由于航空器的工作环境极端，刀具需要具备较高的刚性和温度稳定性。
高速钢刀具能够提供卓越的热硬性和耐磨性，适用于高温高强度的切削加工，保证了航空零部件的质量和可靠性。
随着科技的不断发展，高速钢刀具也在不断的创新和改进中。
未来，高速钢刀具的发展趋势将体现在以下几个方面：首先是材料的改进。
随着新材料的发展，高速钢刀具面临着更高的要求。
先进的材料技术有助于提高刀具的硬度、强度和耐磨性，使切削性能更加出色。
例如，硬质合金等新材料的应用将使高速钢刀具在切削加工中具备更高的工作效率和寿命。
其次是研发刀具的多功能性。
在现代工业生产中，对刀具的要求不仅仅是在一个领域内发挥作用，而是多个领域的综合需求。
针对这一趋势，高速钢刀具的发展将趋向于多功能性。
研发刀具来适应不同材料、不同形状的加工需求，提高切削效率和产品质量。
另外，数字化技术的发展也将影响高速钢刀具的应用。
高速切削技术及其在飞机结构件加工中的应用
Ｉ
●设 计 与 工 艺
对 于 单 面 结 构 的零 件 ， 艺 路 线 比较 简 单 ， ： 工 即 粗加 工一 精加 工 （ 半 可省 略 ） 精 加工 。 一 航 空产 品 中 ， 多数 零 件 都具 有 双 面 结构 ， 大 对这
６ 对 镶 齿刀具 ，必须要 有 高精 度刀 片座 和 可靠 ）
５ ）可进 行硬 切削 ： ６ 减 少 毛边 ： ）
和 大棵 中广泛 地 采 用高 速 切 削技 术 ，使 生 产效教练机 ２ １ ．Ｏ． Ｉ２ ０ １Ｎ ２ ５
目前 。国际上 在 高速 切 削理 论 研究 方 面 虽取 得
１ 在 航 空 航 天 中 。 了最 大 限度 地 减 重 和 满 足 ） 为
少 刀 具磨损 ， 高零件 的表 面质 量 。 提 高速 切削 加 工技 术 具有 不 同 于传 统 切 削加 工 技 术 的加 工机 理 和应 用优 势 ．相 对 常 规切 削速 度 下 数 控加 工 来说 是 整个 工 艺观 念 的转 变 ，不 能 简单 化 地 更 改 切 削参 数 来实 现 。根 据航 空 产 品 的材料 和结 构 特点 ， 要实 现 高速加 工 ， 须考 虑下 列关 键技术 ： 必 １ 高 速 切 削机 床 具有 高 主轴 转 速 、 ） 高动 态 的进 给驱 动 ， 的功 率 ， 轴 和床 身 良好 的刚 性 ， 良 的 大 主 优 吸振 特性 和隔 热性能 ， 速 的 Ｃ Ｃ控 制性 能 ， 快 Ｎ 可靠 的
方 案 Ａ适合 “ 面” 构 简单 ，正 面 ” 加 ＿ 后 ， 正 结 “ 精 ［
对 “ 面” 工 的 装夹 定 位没 有 影 响 的零 件 ， 壁板 ； 反 加 如
切 入切 出过 程 的温 度变 化 ， 生热 疲 劳 。 产 降低 刀具 寿
超高速切削的发展现状
超高速切削的发展现状超高速切削是一种先进的切削加工技术，采用高速转速和小切削深度进行切削，能够有效提高切削效率和加工精度。
本文将对超高速切削的发展现状进行详细介绍。
超高速切削技术的发展可以追溯到20世纪60年代，当时由于切削过程容易产生几何形状的误差和表面质量问题，因此一直未能得到广泛应用。
随着计算机数控技术和精密制造技术的快速发展，超高速切削技术在上世纪80年代出现了突破性的进展。
发展初期，超高速切削主要用于加工金属材料，如铝合金、镁合金等，通过提高切削速度和减小切削深度，大大提高了切削效率和表面质量。
随着材料科学和刀具制造技术的进步，超高速切削技术逐渐应用到切削硬度较高的材料，如钢、铁等。
近年来，随着新材料和复杂工件的出现，超高速切削技术迎来了新的发展机遇。
首先是新材料的应用，如高性能陶瓷、纳米材料等，这些材料具有高硬度和高韧性，传统切削技术难以满足对其加工精度和表面质量的要求，而超高速切削技术能够有效解决这一问题。
其次是复杂工件的加工，如汽车发动机缸体、飞机发动机叶片等，这些工件形状复杂，表面精度要求高，传统加工方法效率低、成本高，而超高速切削技术具有快速、高效的优势。
随着超高速切削技术的不断发展，相关设备和工具也在不断更新迭代。
首先是刀具材料的优化，采用纳米材料、复合材料等先进材料制造刀具，能够提高切削效率和切削质量。
其次是机床的改进，采用高刚性、高速度的数控机床，能够满足高速切削的要求。
同时，先进的控制系统和传感器技术的应用，能够实时监测切削过程中的温度、压力等参数，保证整个加工过程的稳定性和安全性。
超高速切削技术的发展带来了巨大的经济效益和社会效益。
首先是加工效率的提高，相比传统切削技术，超高速切削能够大幅度提高切削速度和加工效率，节约了生产时间和成本。
其次是加工精度和表面质量的提升，超高速切削能够实现微米级的精度和纳米级的表面粗糙度，满足了高精度工件的需求。
此外，超高速切削技术还可以减少切削力和切削温度，降低刀具磨损和能量消耗，从而延长刀具寿命，减少了对自然资源的消耗，对环境保护具有积极意义。
切削加工模具和航空零件的共性技术
多年来 ， 为了成 功地 制造模 具 ，
空零件Ｄ ｑ 中获得了应用。如果切 最高工作温度为 ４０Ｃ； ￣－ ． ０ ￣ 与之相 比， 削步距过大 ， 由于刀齿参 与切削时 ＡＴＮ涂 层 的 最 高 工 作 温 度 为 １ｉ
间过 长 ， 在再 次 切 人 工件 之 前 的 ８０ 。 由于 ＡＴＮ涂 层 具 有 极 佳 而 ０℃ １ｉ
加工航空合金与模具材料的一 个 主要区别是 ， 大多数航空合金的
图 ２ 径 向宽度 与切 削 热
２６
加 工都 采 用 浇 注冷 却 方 式 。如 今 ， 倍 。 在 难 加 Ｔ 材 料 （ 钛 合 金 ） 加 工 如 的
中， 高压冷却技术正变得 日益流行 ， 并有效提高了刀具寿命。
切削热 的产生 。
图 ３ 持续 冷却 效 应
通过利用持续冷却效应来调节 切削热 的产生 ， 就可 以采用较高的
主轴 转 速 进行 加 工 ， 不会 达 到 会 而
切削加工。随着商用客机和军用飞
机上需要加工的钛合金 、 ｃｎｌ Ｉ ｏｅ合 ｎ 金和高温合金零部件 日益增多 ， 需 要采用更先进的切削加工技术。多 年来 ， 有许多航 空加工新技术也在 模具制造业获得了广泛应用。
使 刀具涂层失效的高温。而一旦达
到涂层失效温度 ， 刀具 的切 削刃就 会快速磨损 ， 并使切削力增大 ， 刀具
和工件 温度 升 高。如果 采用 了正 确
的加工工艺 ， 削热就 不会在工件 切
中积聚 （ 图 ３ 。 见 ）
切削热的控制
切削加工淬硬工模具钢的许多 难题与切削难加工航空材料是相同 的。其 中一个主要的共性问题是切 削热的控制。控制切削热的一种有
效方式 是减 小切 削 的径 向宽度 。切 削径 向宽 度是 指 在 逐 行切 削 时 ， 每
切削理念的三次进步：高速切削、高效切削与高效加工
力反而下降， 同时由于切屑带走了大部分热量甚至工
件的温升也会减小。不过受刀具材料性能限制后一种 现象 目前 只在用 Ｐ Ｄ刀具 加工铝合金和软质材料 中 Ｃ
高强度石油管螺纹刀具上实现了对国外知名企业 的
一
次成功超越 。还有许多例子都说明刀具结构创新往
高速切削有一个特点 ， 就是当切削速度上升到一定程 度时 由于材料软化等原 因随着切削速度的增加切 削
量刃具厂 已经成 功地 为国内汽车厂开发了曲轴车拉
刀和高速铣刀并成功用于生产 。上世纪 ８￣ ０ ０ ９ 年代成
都工具研究所在涂层 、 材料的单项技术都不 占优势的
情况下 ，凭借 自主知识产权 的刀具设计和工艺技术 ，
过这笔帐 ， 加大刀具投入用高速切削提高生产效率以
降低总生产成本 ， 是切削理念的一次进步。
先进刀具有三大技术基础 ： 材料 、 涂层和结构创
新 。高速切削刀具主要依赖的是刀具材料和涂层技术
动生产率 。刀具和切削技术落后是机械制造业劳动生
率低下的重要原因之一 。为了把我国从制造大国变成
的进步。高速切削可提高切削效率但不是唯一 的手 段。刀具的结构创新也是提高切削效率的有效手段 。
例 如 Ｉ ａ 公 司 的大 走 刀 量 铣 刀 每齿 走 刀 量 达 到 ｓｒ ｃ
制造强国 ， 中国刀协从 中国切削工作者的历史责任 的
高度提出 了 “ 发展切削技术 、 建设制造强 国” 的宏伟 目标。 当前 切削刀具及相关技术 的发展 日新月异 ， 近年
备性能反而造成更大浪费的事实。有人计算过生产效
率提高 ２ ％， ０ 制造成本降低 １％， ５ 现在多数企业都算
中国刀具与切削加工技术的发展现状与趋势
中国⼑具与切削加⼯技术的发展现状与趋势⾦属切削⼑具市场的发展现状与趋势随着机床⼯业的飞速发展, 难加⼯材料⽇益增多。
多功能复合⼑具、智能⼑具、⾼速⾼效⼑具逐渐成为现代制造技术的关键装备。
⼑具材料与⼑具结构⽅⾯也有了新的发展。
从⼯艺、性能、结构等⽅⾯对⼑具与切削加⼯技术的发展现状进⾏分析, 并对发展趋势进⾏展望。
1 ⼑具与切削加⼯技术的发展现状1.1 开创了⾼速切削等新⼯艺, 全⾯提⾼了加⼯效率。
⾼速切削作为⼀种新的切削⼯艺显⽰出独特的优越性。
⾸先, 切削效率有显著的提⾼, 加⼯铝合⾦缸盖的PCD ⾯铣⼑, 铣削速度已达402lm/rain, 进给速度5670mm/min; 精加⼯灰铸铁缸体的CBN ⾯铣⼑, 铣削速度已达2000m/min, ⽐传统的硬质合⾦⾯铣⼑提⾼了10 倍。
其次, ⾼速切削还有利于提⾼产品质量、降低制造成本、缩短交货周期。
此外, 在⾼速切削技术的基础上, 开发了⼲切削(准⼲切削、微量润滑切削)、硬切削(以车代磨、以铣代磨) 等新⼯艺, 不仅提⾼了加⼯效率, 改变了传统不同切削加⼯的界限, ⽽且开创了切削加⼯“绿⾊制造”的新时代。
硬切削技术已成为汽车齿轮内孔精加⼯、淬硬模具加⼯实⽤的⾼效新⼯艺。
1.2 以硬质合⾦材料为主的各种⼑具材料性能使硬质合⾦的性能不断改进, 应⽤⾯扩⼤, 成为切削加⼯主要的⼑具材料, 对推动切削效率的提⾼起到了重要作⽤。
⾸先是细颗粒、超细颗粒硬质合⾦材料的开发, 显著地提⾼了硬质合⾦材料的强度和韧性, ⽤它制造的整体硬合⾦⼑具, 尤其是通⽤的量⼤⾯⼴的中⼩规格的钻头、⽴铣⼑、丝锥等⼑具, ⽤来代替传统的⾼速钢⼑具, 使切削速度和加⼯效率提⾼了数倍, 把量⼤⾯⼴的通⽤⼑具带⼊了⾼速切削的范围, 为切削加⼯全⾯进⼊⾼速切削阶段打下了半壁江⼭。
整体硬质合⾦还在⼀些复杂成形⼑具中得到应⽤。
其次, 硬质合⾦加压烧结等新⼯艺的开发和使⽤,提⾼了硬质合⾦的内在质量; 以及针对不同加⼯的需求开发专⽤牌号的做法, ⼜进⼀步提⾼了硬质合⾦的使⽤性能, 在作为化学涂层硬质合⾦⼑⽚牌号的基体材料时, 开发了具有良好抗塑性变形能⼒和韧性表层的梯度硬质合⾦, 提⾼了涂层硬质合⾦⼑⽚的切削性能和应⽤范围。
高速高效切削加工技术的现状及发展趋势
高速高效切削加工技术的现状及发展趋势一、前言目前，我国已成为世界飞机零部件的重要转包生产国，波音、麦道、空客等世界著名飞机制造公司都在我国转包生产从尾翼、机身、舱门到发动机等各种零部件，这些飞机零部件的加工生产必须采用先进的加工装备和加工工艺。
为此，国内各飞机制造公司均进行了大规模的技术改造，引进了大量国外先进的加工装备，使我国的飞机制造业设备的数控化率越来越高。
与此同时，大量高速、高效、柔性、复合、环保的国外切削加工新技术不断涌现，使切削加工技术发生了根本的变化。
刀具在航空航天加工领域的应用技术进入了以发展高速切削、开发新的切削工艺和加工方法、提供成套技术为特征的新阶段。
与此形成鲜明对比的是，我国的装备制造业和以制造业为主要服务对象的传统的工具工业却无法满足航空航天工业对现代制造装备和先进加工工艺的要求。
下面结合我国航空航天工业加工技术的现状及发展趋势，着重介绍我国高效、高速切削刀具的生产应用情况，对我国工具工业的发展现状和存在的问题提出自己的看法。
二、航空航天工业加工技术的现状及发展趋势1.航空结构件材料的发展趋势及其特点①以整体件为代表的铝合金结构件为了提高零件的可靠性、降低成本和减轻重量，传统的铆接结构逐步被整体薄壁的机加工结构件所代替。
这类零件由于大部分是用整体实心铝合金材料制成的薄壁、细筋结构件，70%～95%的材料要在加工中去除掉，而高速切削产生的热量少、切削力小、零件变形小，因此提高生产效率的唯一途径是采用四轴或五轴联动机床进行高速铣削加工。
②以钛基和镍基合金零件为代表的难切削材料零件由于钛（镍）合金具有比强度高、热强度好、化学活性大等特点，目前飞机发动机重要部件采用钛基和镍基合金材料的逐渐增多。
采用高速切削后，其切削速度可提高到100m/min以上，为常规切削速度的10倍。
这类材料的加工特点是：切削力大、切削温度高、加工硬化和粘刀现象严重、刀具易磨损。
③以碳纤维复合材料零件为代表的复合材料结构件复合材料现已成为新一代飞机机体结构主要材料之一，如飞机上的大型整体成形的翼面壁板、带纵墙的整体下翼面等。
超精密切削加工技术
技术发展趋势
1 2
智能化控制
利用传感器和智能算法，实时监测切削过程和工 件表面质量，实现超精密切削加工过程的智能控 制。
复合加工技术
结合多种加工技术，如磨削、抛光和电加工等， 以提高超精密切削加工的效率和表面质量。
3
新材料应用
探索和开发适用于超精密切削加工的新材料，以 提高刀具的耐磨性和工件的表面完整性。
04
超精密切削加工技 术的挑战与解决方 案
技术瓶颈
刀具磨损
超精密切削加工过程中， 刀具与工件的高速摩擦导 致刀具快速磨损，影响加 工精度和效率。
工件表面完整性
超精密切削加工后，工件 表面容易出现微裂纹、残 余应力和加工硬化等表面 完整性问题。
切削液的纯净度
超精密切削加工需要高纯 净度的切削液以减小误差， 但切削液的纯净度控制难 度较大。
应对策略
刀具材料与涂层
采用高硬度、高耐磨性的刀具材料和涂层技术，提高刀具的耐久 性和切削性能。
切削参数优化
根据不同材料和加工条件，优化切削速度、进给速度和切削深度等 参数，以减小刀具磨损和工件表面完整性问题。
切削液纯净度控制
采用高精度过滤设备和检测技术，确保切削液的纯净度满足超精密 切削加工的要求。
精密仪器制造
光学仪器
精密机械
超精密切削加工技术可用于制造高精 度光学仪器，如显微镜、望远镜等， 以提高其成像质量和稳定性。
超精密切削加工技术可用于制造精密 机械，如钟表、精密机床等，以提高 其运动精度和稳定性。
测量仪器
超精密切削加工技术可用于制造高精 度测量仪器，如传感器、测微器等， 以提高其测量准确性和可靠性。
微电子行业
集成电路
超精密切削加工技术可用于制造 集成电路，如芯片、微处理器等，
切削加工和刀具技术的现状与发展
２０ ０２年 第 ３ ６卷 Ｎ ７ ｏ ３
切 削 加 工 和 刀 具 技 术 的 现 状 与 发 展
程 伟 叶 伟 昌
淮 阴工 学 院
摘 要 ： 国 际 先 进 制 造 技 术 研 讨 会 （Ｓ ＭＴ ２０ ） 中 国 高 校 切 削 与 先 进 制 造 技 术 研 究 会 第 七 届 年 会 的 有 关 对 ＩＡ ’０ １ 暨
１０ｍ／ ｉ． 基 、 基 、 基 和 钛 合 金 等 超 级 合 金 为 ５０ ｒｎ 镍 ａ 钴 铁 ９ ０～５０ ／ ｎ 高 速 加 工 追 求 的 切 削 速 度 目标 为 ： ０ ｍ ｍｉ。 铣 削 加 工 ： 及 其 合 金 为 １０ ｍ／ ｎ 铸 铁 为 铝 ０￣ ｍｉ，
５ ０ ｒ／ ｎ 普 通 钢 为 ２ ０ ｍ ｍ ｎ 钻 削 加 工 （ 床 ｝ ０ ０ｎ ｍｉ ， ５ ０ ／ ｉ； 机 轴 转 速 ） 铝 及 其 合 金 为 ３ ０ ０ ／ ｎ 铸 铁 为 ２ ０ ％－ ： ０ ０ ｒ ｍｉ， ００ ／ ｍ ｎ 普 通 钢 为 １０ ０ ｒｍ ｎ 大 进 给 目标 ： 给 速 度 ｉ， ０ ０ ／ ｉ。 进 Ｖ ２ ０～５ ｍ ｒ ｎ 每 齿 进 给 量 ＝１ ０～１ ５ｍ ／ 。 ０ ／ ｉ， ａ ． ．ｒ ｎ ｚ
１０～４ ０ ｒ ｎ 攻 丝 １０ ／ ｎ 滚 齿 ３ ０～６）ｎ／ ０ ０ ｍ／ ｉ ． ａ ０ ｍ ｍｉ． ０ （ ｒ ０
中现 代 切 削 技 术 的新 发 展 、 具 新 材 料 和新 结 构 、 刀 切
削 机 理 实 验 研 究 以及 计 算 机 技 术 在 切 削 与 刀 具 领 域 的开 发 与 应 用 等 。 现 对 会 议 宣 读 和 交 流 论 文 中 的相 关 内容 作 一 综 合 评 述 。
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40 航空制造技术·2009 年第 23 期
航空切削技术 Cutting Technology for Aviation Industry
机床上对刀和名义尺寸值获得刀具 采 用 铺 叠、缠 绕、R T M 等 工 艺 制 备 钛 合 金、蜂 窝 结 构 ( 铝 或 N O M E X )
外形曲面、纵横交错的加强筋结构、 用最广的加工方法。
厚度较小的薄壁结构等；（2）零件材
在现代飞机和发动机的主承力
料以高强度铝合金、钛合金、高温合 结构中，整体结构件所占的比例快
金、不锈钢、复合材料、蜂窝结构为 速增加，这类零件通常采用整体毛
主，多数为难加工材料；（3）现代飞 坯 ( 板材或锻件 ) 进行切削加工，零
目前在航空制造领域应用最多、使 工周期较长。这些零件的切削加工
38 航空制造技术·2009 年第 23 期
航空切削技术 Cutting Technology for Aviation Industry
过程对于实现高效、准确加工有着迫 切的需求。
切削加工一直是零件加工的主 要技术手段之一，尽管随着科学技术 的进步与发展，新的加工方法不断涌 现并且得到了日益广泛的应用，但是 切削加工仍然是目前应用最多、使用 最为广泛的加工方法，对于尺寸和形 状的配合精度要求越高的零件，就越 需要采用切削加工手段来完成，至今 还没有更好的加工方法 [1]。
也同样需要切削加工技术。
来的。涂层刀具是采用物理或化学方
刀具性能的优劣取决于构成刀 法，在刀具基体材料上覆盖一层或多
具的材料和结构。刀具材料的切削 层耐高温、耐磨损的涂层材料，使刀
性能必须满足以下基本要求：
具既有强韧的基体，又具有高硬度、
（1）硬度。刀具材料必须高于 高耐磨性的表面。基本的刀具涂层材
率，这就要求刀具既要有较高的高温 体，因此能以超过基材的切削速度进
硬度和耐磨性能，又要有较高的强度 行切削。此外，由于涂层的摩擦系数
2009 年第 23 期·航空制造技术 39
论坛 FORUM
表2 常见涂层材料的性能和应用范围
通道的部位还需
要在五坐标联动
涂层
硬度
最高应用 温度
主要应用范围
控 制、转 台 结 构
HRC62 HRC63 ～ 70
200 ～ 400 500 ～ 600
（3）耐 磨 性。 刀 3
硬质合金
HRA89 ～ 94
800 ～ 900
具材料应具有较好的
4
抵 抗 磨 损 的 能 力，是
金属陶瓷
HRA91 ～ 95
1100 ～ 1300
刀 具 材 料 强 度、硬 度 5
陶瓷
刀具材料的选择与发展是实现 切削加工过程、推动切削加工技术进 步的关键。人类使用工具是从天然 材料开始的，经过石器时代、青铜时 代、铁器时代的发展，准备切削工具 经过石头、兽骨、青铜制备切削 / 切 割工具，发展到工具钢、高速钢、硬质 合金、陶瓷、超硬合金制成的先进切 削刀具，被加工材料也从石头、木材、
王焱 北京航空制造工程研究所研究员。
一 直 从 事 切 削 加 工 技 术、数 控 工 艺 技 术、数 字 化 集 成 制 造 技 术 等 方 面 的 研 究，曾参加或主持完成多项科技预研、 型号攻关、型号零件生产工作。
航空制造领域一直是先进技术 高 度 密 集 的 行 业 之 一，主 要 是 因 为 航空产品的零部件形状和结构复 杂、材料多种多样、加工精度要求严 格。航空产品零件制造的复杂性主 要体现在：（1）通常带有复杂的理论
兽骨等天然材
超硬合金
料 发 展 到 铜、铁、
钢、各 类 金 属 合
陶瓷
金、非 金 属 材 料 硬质合金 等不同的类型，到
高速钢
现在已 经 形成了
金属材料、陶瓷材 工具钢
料、有机高分子材 天然材料 料“三 足 鼎 立”的
新局面，而由 2 种
以上在物理和化
学性质上不同的
铁碳合金、合金钢
高强 钢、高锰 钢、不锈钢、高 温合 金、钛合 金、有色 金 属 合 金、工 程 陶 瓷、复合材料
TiAlN
HV3000 ～ 4000
稳定 400℃ 600℃ 800℃
适合高强度钢、 不锈钢等
适合钢、不锈钢等
用于非铁金属的 加工
适合钢、铸铁的干、湿 式加工
种形式和结构的 刀 具，如 外 圆 车 刀、内圆车刀、立 铣 刀、球 头 铣 刀 等。
在零件加工
DLC
HV1500 ～ 2000 400℃
干式加工
锈钢、复合材料，其加工精度要求较 飞机结构件是应用高速加工的主要
高。
领域，特别是在铝合金结构件、复合
从加工形式上看，飞机机体结构
件以机翼梁、机身框、翼肋、壁板为典
型代表，零件形式为扁平形结构，尺
寸较大，带有机身、机翼理论外形。这
类零件主要以铣削加工为主，采用不
同形式的铣削刀具在龙门结构、五轴
联动的数控铣床上完成加工，常用的
切削刀具是支撑和促进切削加 工技术进步的关键因素。近年来，高 速高效数控机床的广泛应用使现代 切削加工技术发展到了一个新的阶 段，先进高效刀具的应用是使昂贵的 数控机床充分发挥其高效加工能力 的基本前提之一。
切削刀具的应用基础
制造技术一直是伴随人类文明 的发展而前进的。18 世纪后期，有移 动刀架和导轨的机床的出现标志着 机械加工生产时代的开始。随着 19 世纪新型冶炼技术、内燃机技术、电 气技术的发明与完善，以及 H· 福特 大规模生产方式和泰勒科学管理理 论的出现，机械制造业开始进入大批 量生产时代。切削加工是现代制造 技术中最基本的加工方法之一，它是 利用刀具 ( 或工具 ) 去除被加工对象 上多余的材料，从而得到形状、精度 和表面质量都符合预定要求的表面。 在由机床、刀具、工件和夹具组成的 切削加工工艺系统中，刀具是富于变 化、影响加工状态的活跃因素。
和组织结构等因素的 6 综合反映。
（4）热 硬 性。 刀 7
立方氮化硼 人造金刚石
HV8000 ～ 9000 HV10000
1400 ～ 1500 700 ～ 800
具在高温下保持材料
硬度、强度、韧性和抗氧化的能力 [3]。 等 [4]，常见的涂层材料性能和应用范
各种不同的刀具材料只能在一 围如表 2 所示。单一涂层在应用中
定温度范围下维持其切削性能，常见 有一定的局限性，而多涂层结构在现
刀具材料的主要性能和正常工作温 代涂层刀具中使用较广泛，多层涂层
度如表 1 所示。
可以有效地改善涂层的组织结构，提
切削加工过程中，刀具切削刃要 高刀具的使用性能。由于涂层材料
承受高切削温度、高压强、高应变速 的耐熔结、耐磨损和耐热性能优于基
论坛 FORUM
先进刀具技术与航空 零件切削加工
Advanced Cutting Tool Technology for Aircraft Component Machining
北京航空制造工程研究所 王 焱 王文理
刀具材料及其涂层技术的发展促进了刀具切削速度 的不断提高，带来了加工效率的变革，进一步带来了加工 范围的拓展。刀具的设计和使用应考虑刀具材料与工件 材料的性能匹配性，针对不同的工件材料和加工条件确定 合理的刀具材料和结构形式。高速、高效、高精度切削加 工要求刀具具有多种优异性能，“高韧性高强度基体 + 高 硬度高耐磨性刃部”是未来刀具的主要发展方向。
工件材料的硬度，现代刀具材料常 料可分为单涂层、多元涂层、软涂层
温硬度通常要求在 HRC60 以上。
表1 不同刀具材料正常工作的温度范围
（2）强度和韧性。
序号
较高的强度则能承受
刀具材料
硬度
维持切削性能 的温度 /℃
较 大 的 切 削 力，较 好 1
的韧性可以承受较大
的冲击载荷和振动。
2
工具钢 高速钢
上涉及切削加工的零件主要使用铝 理技术尚存在差距、刀具质量不够稳
合金、钛合金、复合材料、高强度钢等 定，各批次刀具的精度和寿命有时不
材料，其结构尺寸大，尺寸协调部位 一致，从而导致生产现场难以稳定控
多；航空发动机上涉及切削加工的 制零件加工精度的一致性。
零件主要使用钛合金、高温合金、不
高速加工已经进入实用化阶段，
刀具有盘铣刀、立铣刀、球头铣刀等，
更为常用的是带有刀尖圆角的专用
铣刀；航空发动机零件以机匣、整体
叶盘、叶片以及轴、盘为典型代表，除
轴、盘类零件适合采用车削加工外，
其他零件为回转形结构，部分部位需
要车削加工，大部分涉及安装及气流
材料构件的切削中应用广泛。目前， 铝 合 金 材 料 切 削 速 度 已 达 到 1500 ～ 5500m / m i n ( 最 高 速 度 为 5000 ～ 7500m / m i n )，铸 铁 精 加 工 和 半 精 加 工 速 度 为 500 ～ 1500m / m i n， 精 铣 灰 铸 铁 最 高 可 达 2000m / m i n， 普 通 钢 为 300 ～ 800m / m i n，淬 硬 钢 ( H R C45 ～ 65) 速 度 为 100 ～ 500m / m i n [5]。高速加工的切削速度 为常规切削的 5 ～ 10 倍，刀具的安 全性、高温稳定性、动平衡已成为高 速加工刀具的关键。目前，航空零件 切削加工现场配备的高速铣削设备 主轴转速已经达到 24000r / m i n，使 用的高速切削加工刀具主要以国外 品牌为主，铝合金零件切削速度已经 达 到 1300m / m i n 以 上。 高 速 铣 削 加工中使用的刀具主要是镶齿、整体 2 种结构的硬质合金刀具，新型超硬 材料 ( 如 P C D、P C B N ) 刀具则应用 较少。
木材、铸铜、铸铁
石材、兽骨