航空难加工材料切削加工技术与刀具应用调查报告

随着全球工业技术的不断发展,各个领域对一些重要零部件材料的机械性能和力学性能(强度、硬度、耐热性、抗磨性、抗拉强度和抗压强度等)的要求在不断提高,特别是航空领域。普通工程材料难以用于航空结构件中,目前高强度难加工材料和低密度轻质材料成为航空结构件的两大类主要材料。随着航空产品中难加工材料使用的增加,难加工材料的切削加工已成为一个难题。如果仍然采用传统材料的加工工艺、加工方法和加工刀具,无论在加工效率还是加工质量上都会大打折扣,且无法保证较低的加工成本。如何实现这些难加工材料的高效加工,既要保证加工效率和加工质量,又要控制加工成本,成为生产中面临的重要问题,必须了解难加工材料的切削加工特性,掌握切削规律和应用的切削工艺。合理的刀具选型和优化的加工方法对于提高难加工材料的加工效率和延长刀具寿命非常重要,特别是在航空零部件的难加工材料加工中尤为重要。本调查以"航空难加工材料切削加工技术与刀具应用"为主题,主要调查对象涉及刀具厂商、航空企业用户和科研机构。其中,刀具厂商包括山特维克可乐满、山高、伊斯卡、瓦尔特、森拉天时、猛龙刀具、德国蓝帜金属加工技术集团、哈量集团、京瓷、埃莫克法兰肯等;航空企业用户包括沈阳飞机工业(集团)有限公司、沈阳黎明发动机(集团)有限公司、西安飞机工业(集团)有限公司、哈尔滨飞机工业集团有限公司和北京航空制造工程研究所等;科研机构包括北京航空航天大学、南京航空航天大学、中国航空工业研究发展中心等。通过对难加工材料切削加工和适用刀具的分析,得到不同工况下难加工材料切削时的注意问题及刀具选择,希望为加工难加工材料、合理选择刀具及提高加工效率提供参考。     

难加工材料切削加工刀具及参数的评价技术

在深入分析难加工材料的切削加工特点、刀具及切削参数评价体系的基础上,针对已有的评价体系不能准确、量化、全面的评价刀具及切削参数的问题,尤其是针对难加工材料进行切削加工时,提出了利用单元体积材料的可变加工成本为指标的难加工材料切削加工刀具及参数的量化评价体系。将切削加工过程的经济性引入到刀具及参数的评价指标中,实现了针对难加工材料切削加工刀具及参数的准确、量化评价。并结合多种难加工材料进行相关评价试验,结果表明,以单元体积材料的可变加工成本为指标的刀具及参数评价体系能够实现针对难加工材料进行切削加工的刀具及参数的准确、量化评价,为企业在实际生产中进行刀具及切削参数优选提供准确的量化参考。     

切削难加工材料的刀具选择

随着刀具技术的发展和新型刀具材料的出现,金属切削技术也在不断提高,各种切削技术相继用于加工不锈钢、钛合金、淬硬钢等难加工材料。目前,难加工材料的切削效率还很低,如何有效提高难加工材料的切削效率,降低加工成本,是当前制造业亟待解决的问题之一。     

难加工材料切削加工技术

新型难加工材料由于良好的常温和高温机械性能,在航空航天等领域得到了广泛应用。新型刀具材料和结构、切削工艺方法以及围绕典型材料建立的切削数据系统等正逐渐成为航空难加工材料切削加工中的关键应用技术。     

难加工材料车削中切削刀片的合理选择

难加工材料车削中切削刀片的合理选择为提高车削诸如耐热合金、钛合金、不锈钢以及铝合金等难加工材料的加工效率、降低生产成本，美国几家航空发动机制造公司从合理选择与使用刀片人手，取得了较好的经济与技术效益。１．耐热合会包括ｉｎｃｏｎｅｌ（铬铁镍合金）、ｗａ...     

难加工材料切削加工技术

随着航空航天技术的发展,对飞行器性能的要求越来越高,需研制并应用物理力学性能优异的新材料。这些新材料多属难加工材料,切削加工性差,因此分析和研究零件材料的切削性、刀具制作材料及切削参数等对解决难加工问题有很大帮助。     

航空难加工材料切削加工中的关键应用技术

航空难加工材料由于其常温和高温机械性能优越,使其切削性很差。其切削加工具有以下特点:切削力大、切削温度高,加工硬化现象十分严重,切削时容易粘刀、刀具磨损剧烈,刀具寿命低。选择适宜的切削用量数据对于提高切削效率、延长刀具寿命、保证产品质量显得尤其重要。多年来,国内外很多研究机构都在竞相进行针对难加工材料切削数据库的研究开发工作。但是还少有在难加工材料领域非常成功的案例。     

航空钛合金结构件高速高效加工工艺研究及应用

钛合金因其比强度高、高温强度高等优异性能广泛应用于航空航天领域,是航空结构件的主要材料之一。但是由于钛合金的难加工性,加工过程中切削参数较低,刀具易磨损,切削过程稳定性差,严重制约了航空结构件的生产效率。为了实现钛合金结构件高速高效加工,本文基于生产实践,以钛合金切削冷却方式、切削力均衡优化以及刀具轨迹质量稳定性等关键技术作为突破口,进行详细阐述,并应用于结构件生产过程。     

复合加工技术在航空复杂零件加工中的应用

复合加工技术在航空发动机制造领域广泛应用,解决了复杂结构零件、难加工材料加工难题,如:采用振动钻孔、振动攻丝解决了细长孔加工难题,采用振动光饰解决叶片表面抛光难题;采用镗铣、车铣复合多功能加工中心实现了多工序集中复合加工,减少了工序周转和辅助加工时间,减少了人为干预,提高了自动化加工水平,为加工过程全程序化控制奠定了基础,保证了零件加工质量的稳定性和可靠性。     

难加工材料精密孔高效珩磨技术研究进展

珩磨技术凭借加工精度高、材料去除率大的优势,广泛应用于精密孔加工.航空发动机广泛采用高温合金、钛合金、不锈钢等航空难加工材料,其难加工性降低了珩磨加工的材料去除及误差修正能力,限制了珩磨工艺在航空发动机精密孔加工中的进一步应用.为突破难加工材料珩磨工艺瓶颈,对难加工材料珩磨工艺特性进行分析,并以高效精密珩磨工艺及工具为切入点,归纳了航空难加工材料精密孔高效珩磨技术现状,并对其发展趋势进行了预测.     

航空发动机材料切削参数优化模型

为提高航空发动机零件的加工效率和切削质量并降低成本,必须选用合理的切削参数。本文介绍了切削数据库系统、切削参数优化方案的选择及其优化模型。     

中低速数控铣削参数优化技术研究及应用

采用平均铣削力系数模型对数控加工过程中的铣削力进行仿真预测.在此基础上,综合考虑数控加工过程中机床、刀具以及工件3方面限制加工效率的因素,对主轴转速、进给速度、径向切宽以及轴向切深4个参数进行优化.利用VC与Matlab编程,开发了"中低速数控铣削过程力学仿真与参数优化系统".针对航空难加工材料GH4169,在SandviK推荐参数基础上进行仿真优化.结果表明,基于力学仿真的数控铣削参数优化技术在难加工材料加工中可提高加工效率12%～378%.     

等基圆锥齿轮数控铣削走刀轨迹的研究

等基圆锥齿轮是一种基于数控加工技术的新型曲齿锥齿轮，目前还没有成熟的加工经验数据，传统的试切方法成本高、效率低，本文对将计算机仿真技术应用于数控铣削进行探索，给出走刀轨迹数学模型。按照上述理论模型在实验室进行实际加工，其结果与计算机仿真加工结果相吻合，表明该理论模型正确，可用于实际数控加工，对缩短该新型齿轮开发周期、降低成本、提高效率具有重要意义。     

航空复杂壳体深小孔的高效精密加工技术

针对某类复杂壳体深小孔数量多、孔径小、长径比大、精度要求高的特点,在优化设计枪钻切削刃及冷却孔结构的基础上,将枪钻、直槽内冷钻等新型孔加工刀具与加工技术应用到卧式加工中心上,研究开发孔径Φ2~Φ10、长径比20~60深小孔的高效加工方法和加工工艺,优化得到符合要求的最佳切削参数,并建立深小孔高效加工切削参数数据库。实践表明,这一技术将深小孔加工效率提高30%以上,加工质量显著改善,有效解决了深小孔的高效精密加工问题。     

钛合金整体闭式叶轮刀具的研究

本文结合某型号钛合金整体闭式叶轮的研制过程,针对钛合金材料的加工特性,和整体闭式叶轮的结构特点,采用科学的正交实验方法和先进的加工方法来优化刀具几何参数及提高刀具刚性,使数控铣削刀具达到理想的切削性能和耐用度,从而大幅提高加工效率和质量,降低生产成本。     

基于域对抗门控网络的变工况刀具磨损精确预测方法

刀具磨损的精确预测对保证零件加工质量、提高生产效率和降低制造成本具有重要作用。在实际加工过程中,切削参数、刀具几何参数、刀具材料等工况复杂多变,工况信息和刀具磨损量对监测信号的耦合作用为刀具磨损的精确预测带来了很大挑战。针对以上问题,提出了一种基于域对抗门控网络（DAGNN）的变工况刀具磨损精确预测方法。引入工况分类网络并利用无磨损量标签样本,通过域对抗和门控过滤机制自适应地从不同工况的原始监测信号中提取表征刀具磨损且对工况变化不敏感的关键信号特征。对信号特征提取网络和刀具磨损预测网络进行迭代优化,从而实现变工况刀具磨损的精确预测。实验结果表明：相比已有的方法,本文方法能够利用少量带磨损量标签的目标工况样本实现刀具材料和刀具直径变化情况下的刀具磨损量精确预测,预测精度大幅提高。     

Gaussian process regression model incorporated with tool wear mechanism

Cutting tool condition directly affects machining quality and efficiency. In order to avoid severely worn tools used during machining process and fully release the remaining useful life in the meanwhile, a reliable evaluation method of remaining useful life of cutting tools is quite necessary.Due to the variation of cutting conditions, it is a challenge to predict remaining useful life of cutting tools by a unified model. In order to address this issue, this paper proposes a method for predictin...     

In-process adaptive milling for large-scale assembly interfaces of a vertical tail driven by real-time vibration data

Assembly interfaces, the joint surfaces between the vertical tail and rear fuselage of a large aircraft, are thin-wall components. Their machining quality are seriously restricted by the machining vibration. To address this problem, an in-process adaptive milling method is proposed for the large-scale assembly interface driven by real-time machining vibration data. Within this context, the milling operation is first divided into several process steps, and the machining vibration data in each pro...     

球头铣刀铣削力仿真技术研究

建立了适合任意进给方向的球头铣刀铣削力模型,并将铣削力仿真与几何仿真有机地结合起来,提出了快速准确地提取参与切削的切削微元的方法,并通过切削实验验证了铣削力模型。     

基于动力学仿真技术的TC4整体叶轮铣削参数优化

针对某航空发动机TC4整体叶轮在数控加工过程中存在颤振、加工效率低及因加工变形而导致局部超差等问题,提出了相应的铣削参数优化解决方案。在进行切削力系数辨识试验获取TC4材料的切削力系数及锤击试验获取加工系统动力学特性参数的基础上,通过综合使用自行开发的铣削加工动力学仿真软件SimuCut和国外的CutPro软件进行动力学仿真与优化,获得了优化的切削参数。使用优化的切削参数进行加工,有效地消除了颤振和因加工变形引起的局部超差,提高了加工效率。