整體硬質合金刀具在航空業的應用

廈門金鷺特種合金有限公司 海 天

1.航空材料的發展和特點

現代航空器使用的主要材料有：碳纖維復合材料、鋁合金、鈦合金和鋼材。目前航空器上越來越多地采用碳纖維復合材料。加工碳纖維復合材料刀具要求刃口鋒利且耐磨損；航空鋁合金加工必須考慮排屑和潤滑問題，可采用高速加工提高生產效率和產品表面質量；航空高溫合金又稱耐熱合金，高溫時強度高，屬于難加工材料。

2.碳纖維復合材料加工用整體硬質合金刀具

金剛石涂層硬質合金刀具是復合材料加工的理想工具，其特點是：硬度8000～10000HV，高熱導率，涂層表面光滑，不受刀具幾何外形限制。金剛石涂層硬質合金刀具能保證刀具刃口鋒利，耐磨性好，復材不易被燒傷，不易分層，加工效率高。

目前，廈門金鷺合金公司開發亞微晶金剛石涂層、納米晶金剛石涂層及多層復合金剛石涂層，如圖1所示。多層復合金剛石涂層的特點是：納米晶體涂層表面光滑，刀刃鋒利、堅韌，耐磨損能力極強。

圖1 多層復合金剛石涂層

碳纖維復合材料孔加工刀具有：適合純復合材料加工的鉆鉸復合刀具（案例見表1），W形復合材料加工刀具，倒角鉆頭。適合復材與鈦或鋁合金疊層板加工的刀具有：鉆頭、擴孔鉆、鉸刀及螺紋柄鉆頭。其中，螺紋柄設計適合于工作空間狹窄時裝配使用。

碳纖維復合材料側邊加工刀具包括：適合粗加工的左右交錯菱齒立銑刀（案例見表2），適合精加工的人字形立銑刀，如圖2所示。

表1 純復合材料孔加工用鉆鉸復合刀具應用案例

表2 復材用菱齒銑刀加工案例

圖2 復合材料加工刀具

圖3 復合材料孔

3.航空鋁合金加工用整體硬質合金刀具

航空鋁合金銑削加工用整體硬質合金刀具分為3個系列：高速立銑刀、中速立銑刀和內冷立銑刀。以金鷺公司高速立銑刀為例：刀體采用減振結構，帶修光刃，大圓弧槽排屑，刀具動平衡品質：22000r/minG2.5，刀柄公差為h5，刃部跳動不大于0.005mm。該刀具適合高速型腔和側銑加工。

金鷺公司D20×24×R3鋁合金三刃長頸立銑刀（見圖5），加工7075－T651，切削速度vc=1256m/min，進給速度fz=0.2mm/r，切深5mm，切寬5mm，圓弧順銑，外冷卻。加工42h后，零件表面粗糙度值Ra=0.8μm。

圖4 復合材料槽

圖5 鋁合金立銑刀

4.航空鈦合金加工用整體硬質合金刀具

鈦合金加工用整體硬質合金立銑刀設計特點為：刀體合金棒材抗彎強度高，硬度高；采用減振設計，切削刃不等分布有效抑制振動；切削刃口采用強化處理技術，刃口鋒利且強度高；刀具專用Cr-Al系涂層，耐高溫，抗粘結磨損性能好（見圖6）。

金鷺公司D12×24×R3鈦合金4刃圓角立銑刀，加工TC4，切削速度vc=80m/min，進給速度fz=0.048mm/r，切深10.8mm，切寬12mm，內冷卻。加工2h后，零件質量符合工藝要求。

圖6 AlCrN 涂層

5.航空高溫合金加工用整體硬質合金刀具

高溫合金刀具采用細晶粒硬質合金，抗彎強度高，紅硬性好；刃口鈍化處理，采用Cr-Al系涂層。適合高溫合金的槽型，切削刃不等分布，能有效抑制振動，如圖7所示（加工案例見表3）。

圖7 高溫合金立銑刀

圖8 加工零件圖

表3 高溫合金4刃圓角立銑刀應用案例