航空發(fā)動機(jī)零件普遍具有材料和結(jié)構(gòu)的雙重難加工特性，加工刀具成本高，加工質(zhì)量和加工效率亦難以保證。如何有效地評估刀具的切削性能和優(yōu)選刀具已成為國內(nèi)航空發(fā)動機(jī)制造領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)難題之一。

　　為此，南京航空航天大學(xué)以航空發(fā)動機(jī)整體葉盤、機(jī)匣以及盤軸等典型零件為研究對象，提出了一種面向航空發(fā)動機(jī)典型零件的刀具性能綜合評價方法，針對粗、精加工過程，選取不同的刀具性能評價指標(biāo)，利用灰色系統(tǒng)理論分別構(gòu)建了粗、精加工刀具性能綜合評價模型。 

　　錨定加工難點(diǎn) 

　　鈦合金和高溫合金本身具有優(yōu)越的綜合性能，是加工航空發(fā)動機(jī)典型零件的理想材料，但典型零件包含材料和結(jié)構(gòu)雙重難加工性，對切削加工的刀具提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。選擇合適的刀具對于提高典型零件的加工效率，保證加工質(zhì)量穩(wěn)定性至關(guān)重要。同時，刀具材料、涂層技術(shù)和刀具結(jié)構(gòu)的快速創(chuàng)新推動了切削加工技術(shù)的快速發(fā)展，為提高加工效率，保證加工質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本提供了強(qiáng)大支撐。因此，通過評價刀具性能來實(shí)現(xiàn)刀具優(yōu)選就變得格外重要。 

　　整體葉盤的工藝難點(diǎn)諸多，主要是尺寸大，范圍寬，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外徑輪廓直徑一般在600毫米~1200毫米之間，需要較大規(guī)格的加工設(shè)備，且整體葉片的盤和葉片采用一體化設(shè)計結(jié)構(gòu)，葉片為空間自由曲面，尤其是風(fēng)扇整體葉盤的葉片，為寬弦、大扭角，通道開敞性差，鼓筒與葉片連接處型面較為復(fù)雜，機(jī)械加工難度很大，確定五軸加工方式、解決多約束加工干涉、計算復(fù)雜刀軸矢量計算等至關(guān)重要問題。 

　　同時，整體葉盤尺寸、形位公差和表面粗糙度設(shè)計精度高，其尺寸和形位公差一般要求在自由狀態(tài)下檢測，而整個加工過程零件處于限位狀態(tài)，兩者的狀態(tài)會有一定的差異，因此，加工過程會扣嚴(yán)公差，導(dǎo)致加工難度更大。整體葉盤的葉片部分是懸臂結(jié)構(gòu)，葉片壁厚又薄，整體葉盤的剛性比較弱，在加工過程中容易產(chǎn)生顫振和變形，因此，在夾具設(shè)計和加工工藝方面需要采取一定的措施，來解決顫振和加工變形問題以提高切削剛性。整體葉盤的材料多為鈦合金或高溫合金，這樣的難加工材料，切削加工困難，需要選擇適合整體葉盤切削加工的刀具材料、刀具結(jié)構(gòu)及幾何尺寸。 

　　三步工藝完成 

　　此次，南京航空航天大學(xué)作為研究選定的整體葉盤基準(zhǔn)件材料為鈦合金TC4，輪廓尺寸為100毫米×53毫米×63毫米，葉片高度為30毫米，最薄處小于2毫米，流道圓弧半徑為480毫米，轉(zhuǎn)接圓弧半徑為4毫米，底部裝夾高度為30毫米。 

　　為了提高粗銑加工的效率和保證加工穩(wěn)定性，整體葉盤基準(zhǔn)件將葉片的自由曲面簡化為直紋面來降低粗銑加工的難度，可實(shí)現(xiàn)四坐標(biāo)銑加工葉片。該基準(zhǔn)件忽略次要特征，包含了整體葉盤葉片和流道兩種最典型結(jié)構(gòu)特征。 

　　刀片的選擇是以德國瓦爾特刀片和別的品牌刀片對比進(jìn)行。在工藝路線與加工選擇上，粗加工策略的目的是完成葉片之間主要加工余量的去除以及葉片后續(xù)加工余量的均勻化。為此，整體葉盤基準(zhǔn)件粗加工開槽采用大進(jìn)給刀具，采用型腔銑，封閉區(qū)域螺旋進(jìn)刀，開放區(qū)域線性進(jìn)刀，余量為0.6mm。在刀具選擇上，加工采用了德國瓦爾特機(jī)夾式可轉(zhuǎn)位大進(jìn)給刀片和另一品牌刀片。 

　　隨后的半精加工通常是平滑光整地加工粗加工后的殘留加工面，或者是對拐角處進(jìn)行清角，從而使工件加工表面余量均勻，為精加工作好準(zhǔn)備。整體葉盤基準(zhǔn)件葉片頂部半精加工采用平面銑，去除葉片頂端余量，封閉區(qū)域螺旋進(jìn)刀，開放區(qū)域線性進(jìn)刀。 

　　最后的精加工階段，目的是為了保證良好的加工質(zhì)量和尺寸精度，精加工直接決定了實(shí)際的加工效果是否能夠達(dá)到實(shí)際需求。 

　　精加工時，分別采用不同的方法先加工葉片特征，后加工流道特征。葉片采用可變輪廓銑，曲面驅(qū)動方法，投影矢量為朝向驅(qū)動體，刀軸采用側(cè)刃驅(qū)動體，側(cè)傾角為10o，進(jìn)刀方式為線性-垂直于部件。流道也采用可變輪廓銑，曲面驅(qū)動方法，投影矢量為朝向驅(qū)動體，刀軸采用垂直于驅(qū)動體。進(jìn)刀方式為圓弧-垂直于部件。 

　　根據(jù)所制定的加工策略以及刀具的切削參數(shù)，最終加工出整體葉盤基準(zhǔn)件（共兩塊）以驗(yàn)證不同刀具的切削性能。 

　　粗加工各刀片結(jié)果來看，典型結(jié)構(gòu)特征對于刀具的性能有著重大的影響，同一種刀具加工不同的結(jié)構(gòu)特征將會體現(xiàn)出不同的切削性能，故有必要針對不同的結(jié)構(gòu)特征優(yōu)選刀具，提高加工效率的同時并保證加工質(zhì)量及穩(wěn)定性。

　　且在精加工整體葉盤基準(zhǔn)件的葉片和流道特征時，瓦爾特4齒球頭刀具的綜合切削性能均優(yōu)于其他品牌齒球頭刀具的綜合切削性能。 

　　優(yōu)勢技術(shù)能力，一直是瓦爾特對外的宣傳口徑。作為金屬切削領(lǐng)域的優(yōu)秀供應(yīng)商，瓦爾特一直以創(chuàng)新者的姿態(tài)引領(lǐng)行業(yè)變革，優(yōu)勢技術(shù)能力這一品牌定位同樣源于瓦爾特這一國際品牌對中國市場的深耕。它不僅是瓦爾特競爭優(yōu)勢的體現(xiàn)，更是對客戶的重要承諾——瓦爾特為客戶提供最高標(biāo)準(zhǔn)的工程技術(shù)，一是最高標(biāo)準(zhǔn)，沒有妥協(xié)；二是優(yōu)勢技術(shù)，而不僅僅是金屬切削刀具。這對客戶來說，意味著可以從瓦爾特獲得極具針對性的高效加工解決方案——細(xì)分到具體工件，解決實(shí)際加工難題。 

　　瓦爾特大中華區(qū)董事總經(jīng)理郭根錦曾表示，隨著中國經(jīng)濟(jì)步入新常態(tài)，制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級必將得到更全面的深化。這一變化趨勢蘊(yùn)藏著巨大的發(fā)展機(jī)遇，特別是隨著2025智能制造這一國家戰(zhàn)略逐漸浮出水面，中國市場對高效金屬切削刀具及整體解決方案的需求將日益增加，而這恰恰是瓦爾特的特長。瓦爾特基于完整的產(chǎn)品范圍和全球化的成熟的解決方案，可以為不同需求層次的客戶找到最合適的優(yōu)勢技術(shù)方案。 

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