目前,航空航天制造業廣泛應用的刀具材料主要有以下幾大類:工具鋼(碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼)、硬質合金、陶瓷和超硬刀具材料。 其中,硬質合金刀具所占比重最大,在航空制造中是主導刀具,應用范圍相當廣泛。與硬質合金相比,陶瓷材料具有更高的硬度、熱硬性和耐磨性,且化學穩定性、抗氧化能力等均優于硬質合金,因此,陶瓷刀具已經成為航空航天業刀具發展的一個主流。 在航空航天材料加工過程中,槽加工和孔加工是加工難點。像發動機盤類零件、軸類零件、機匣類零件加工對加工刀具的要求非常高,因此,在這類零部件的加工中高性能硬質合金標準刀具和硬質合金非標刀具使用量非常大。
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。