在實際加工中刀具的選擇應考慮以下幾個因素:工件材料、工件形狀、加工要求、加工機床、系統剛性以及表面質量技術要求等。 以渦輪機匣零件為例: 1. 從工件材料上分析,變形高溫合金、鑄造高溫合金等難加工材料大量采用,這些難加工材料導熱系數小、強度大、切削溫度高,易產生加工硬化,切削時刀具磨損快,刀具壽命短,刀具消耗量大,因此必須合理選擇刀具幾何角度。 2. 從工件結構上來看,壁薄、剛性差、難加工。加工零件凸起部分時,刀具系統容易與零件、夾具干涉,因此,必須對刀具路徑進行優化,如插銑加工代替側銑,空行程快速走刀,優化抬刀位置,采用螺旋插補等方式進行銑削。 3. 從加工工序上分析,機匣需要經過粗加工、半精加工、精加工,為了節省刀具費用,在制造這類零件時,粗加工時可采用高性能陶瓷銑刀,半精加工和精加工時采用標準硬質合金刀具和非標高性能專用刀具,這樣可顯著提高生產效率。 4. 從加工經濟性方面上來說,刀具配置方案需要不斷改進,盡量采用刀具商最新研發的產品。
航空發動機零件的整體化、結構化、輕量化是大推比發動機的重要設計特性之一。整體結構件具有減重、減級、增效并提高可靠性的優點,符合航空發動機零部件易維護、高可靠性和長壽命的服役需求。 例如將壓氣機盤和軸頸設計為一體的壓氣機盤,將轉子葉片和壓氣機盤設計為一體的整體葉盤等。整體結構零件結構復雜,和原單體零件相比裝夾定位效果明顯削弱,使得零件剛性減弱,加工中容易產生振顫。因而加工中零件個別部位容易產生變形,幾何尺寸和表面質量受到一定程度影響。單體葉片加工時可以夾緊葉片的軸頸部位,同時用頂尖頂住葉冠,一個方向夾緊,一個方向支撐。整體葉盤銑削葉片時只能以夾緊輪轂的前后緣板,葉冠無支撐,葉片在懸臂狀態下加工,工藝性明顯劣于單體葉片。因此整體結構零件基本上融合了原來兩個單體零件,盤和葉片的加工難度。
航空發動機的渦輪盤、整體葉盤、渦輪葉片等零件的材料大多為鈦合金和鎳基高溫合金,如圖所示,由于大多是薄壁件,因此對其制造精度要求極高,對其加工刀具要求亦很高。高溫合金加工時由于其切削力大、加工硬化傾向大、切削溫度高、刀具磨損嚴重使其成為典型的難加工材料。 高溫合金家族共有的特點:導熱性差、彈性模量小、化學活性高和摩擦系數大,還具有其他高溫合金不具備的高強度、高韌性和高硬度的特點使得其歸屬于難加工材料行列。在車削過程中主要表現在切屑與前刀面接觸面積小,刀尖應力集中,切削溫度高,切屑不易折斷并且鋸齒化嚴重,刀具磨損嚴重,導致加工效率很低,工件加工表面質量較差。