燃气轮机零件上凹槽的高效仿形加工
2009-07-10 17:08:53
环、盘、轴和机匣——这类燃气轮机发动机零件一般具有相对复杂的形状，通常需要在狭窄受限的空间内进行凹槽的仿形车削。这些零件的材料一般可加工性较差，高切削力、高切削温度和较强的沟槽磨损趋势对高效切削加工和切削刃提出了很高的要求，这就需要专门开发相应的刀具和加工方法。
这些零件的供应商正承受着日益增加的成本和时间压力，以便尽可能高效地进行生产和交货，保持竞争力，始终站在机加技术的发展的前列。宽槽仿形加工在整个切削时间中占据较大比重，因此人们便会格外关注专用于此领域的最新刀具技术。
圆形
当然出于强度原因，燃气轮机零件的大多数内外槽形总带有圆弧面和一些复杂曲面。为了加工宽槽或凹窝，大小合适的可转位圆刀片就成为自然而然的解决方案。圆形切削刃具有很多优势，例如：
● 最为坚固的切削刃
● 允许采用更高的进给量
● 能够生成合适的表面质量
因此，圆刀片在此加工领域的应用增长极快，这也具体反映了最近在刀片槽形和材质开发方面所获得的巨大成功。
几乎所有刀片都有刀尖圆弧半径，在这点上，圆刀片可以说其整个切削刃均以刀尖圆弧半径的形式存在。它们可以是用在普通车刀上的用螺钉夹紧的真正的圆刀片，也可是用在切槽刀板上的有圆弧刃口的切槽刀片，或是非标的弯头圆弧头刀片以获得最大的刀具可达性。 对于以上这些刀具类型，最佳的刀具切削路径，圆刀片的尺寸以及工件的轮廓半径是密切相关的。
要求苛刻的切削
在加工由难加工材料（如耐热超级合金或钛合金）构成的燃气轮机零件时，一定要谨慎选择刀具、切削参数和走刀路径。例如，对于同样的刀片材质和槽形，选择正确的切削刃（刀片）形状可以使刀具寿命延长8倍。此处所说的工件材料可加工性较差，对于这些具有很高强度和耐热属性的材料来说这是个折中选择。切削力和切削区温度要高于其他材料；切削刃上的压力集中在较小的切削区域且变化剧烈，造成刀具在局部区域的磨损剧烈；并且切屑形状也不利于切槽时排屑。此外，为耐热合金所选择的刀具应该与切削钛合金的刀具有所不同。
就目前来讲，仿形加工这些零件上的凹槽时值得进行优化的地方很多，这不仅可缩短加工时间，还能确保加工过程的安全性以及零件质量的一致性，并由此而降低废品率。在为随后的粗加工或精加工工序选择最先进和最合适的圆（刀片）刀具后，接下来就是对切削参数进行优化。此举是为了控制切削热、改善刀具寿命和切屑形成。
当提到使用圆刀片时，确保正确的切屑厚度、切削深度和进给量显得尤为重要。切削刃的主偏角是确定切屑厚度的关键，在加工耐热合金时起到了至关重要的作用。这对遏制耐热超级加工时的沟槽磨损，以及钛合金加工时对长切屑的控制有着重要的影响。这就需要选择合理的进给量以便形成足够厚的切屑，而又不会对切削刃产生负面影响。
对硬质合金和陶瓷刀片来说，加工这些材料时具有截然不同的的切削速度限制值。对于陶瓷刀片，需要谨慎的平衡所产生的切削热：足以使工件材料发生塑性变形而形成切屑，但又不可过度以免对刀具材料产生有害影响。对于硬质合金刀片，切削速度受到限制（通常较低）。从生产效率的观点来看，采用较高的进给量通常是有利的，而此时刀具寿命会稍有降低。
圆刀片�
具有从0度至90度连续可变的主偏角，具体取决于参与切削的切削刃长度。 圆刀片具有最为坚固的切削刃，且对走刀方向限制较少。对于适合耐热超级合金切削的陶瓷刀片以及适合此类合金与钛合金切削的硬质合金刀片，采用圆刀片时可获得令人满意性能的最大切削深度应为刀片直径（IC）的25%（对应于60度的主偏角）。过多的切削深度会导致振动趋势加剧和性能不稳定。当切削深度为刀片直径的15%（对应于45度的主偏角）或更低时，可以获得最佳性能。采用较小主偏角所形成的切屑较薄，这意味着可降低沟槽磨损的趋势并有提高进给量的潜力。根据相应的推荐值，考虑到合适的最大和最小切屑厚度，切削深度与刀片直径IC比值介于0.05（对应于26度主偏角）到0.15（对应于45度主偏角）之间时的进给量修正系数为2.3到1.4。
可见，使用圆刀片时，切削深度与刀片直径之比对金属去除率、切削时间、编程可能性、表面质量以及切槽和仿形加工工序的安全性都具有相当大的影响。
车削凹槽时，排屑是成功的关键因素之一。对于钛合金，通常希望得到切屑宽度小于刀片（凹槽）宽度的较长的螺旋或螺卷屑。钛合金形成切屑时剪切变形极高，因而较难形成更窄切屑，这需要选择最合适的刀片槽形和进给量。在所选槽形的工作范围内，刀具寿命也是确定最佳进给的影响因素之一。
这里所指的零件需要进行很多宽槽加工，这样就有机会通过应用最合适的刀具和走刀路径对切削进行优化。毫无疑问，所有凹槽都有侧壁。如果不采取相应措施，刀具在切进侧壁时会导致切削刃吃刀突然过多的不利情况。当切削到底部与侧壁过渡圆角时，切削刃会经历切削深度突然增加的冲击：其主偏角从低于45度快速增至100度R
