航空难加工材料加工技术研究
磨削加工中顺逆磨研究现状与发展
磨削加工中顺逆磨研究现状与发展发布时间：2021-12-04T11:24:09.085Z 来源：《中国科技信息》2021年11月上31期作者：徐海涛[导读] 工程陶瓷材料因优异的力学性能，广泛应用于轴承制造、冶金化工、切削刀具、生物工程等行业，甚至在固体火箭发动机内衬、航天器喷嘴、导弹整流罩、陶瓷装甲等高精尖领域关键零部件也有应用。
但陶瓷材料特殊的成型工艺和晶体结构决定其具有高硬度和高脆性，加工过程易出现裂纹、烧伤、亚表面损伤等缺陷，这给工程陶瓷广泛用于工业各领域带来巨大挑战。
目前业界较认可和广泛应用的工程陶瓷加工方法仍是磨削加工，但其低效率、高成本的缺点促使研究者们不断探索新的加工技术。
齐齐哈尔二机床（集团）有限责任公司徐海涛黑龙江齐齐哈尔 161000摘要：工程陶瓷材料因优异的力学性能，广泛应用于轴承制造、冶金化工、切削刀具、生物工程等行业，甚至在固体火箭发动机内衬、航天器喷嘴、导弹整流罩、陶瓷装甲等高精尖领域关键零部件也有应用。
但陶瓷材料特殊的成型工艺和晶体结构决定其具有高硬度和高脆性，加工过程易出现裂纹、烧伤、亚表面损伤等缺陷，这给工程陶瓷广泛用于工业各领域带来巨大挑战。
目前业界较认可和广泛应用的工程陶瓷加工方法仍是磨削加工，但其低效率、高成本的缺点促使研究者们不断探索新的加工技术。
关键词：顺、逆磨；磨削力；磨削温度；表面特性引言一般情况下砂轮线速度高于45m/s的磨削称为高速磨削，而高于150m/s的超高速磨削可以称作是磨削技术的史上一次跳跃性的发展。
超高速磨削是一项新兴技术产业发展的产物，它作为综合性的加工技术促进了现代精密加工技术发展要求；超高速磨削加工领域涉及到很多相关方面的的技术,如：现代机械、纳米加工、计算机、液压、控制、光学、计量及先进材料。
超高速磨削是在德国首先发展起来，然后在欧美和日本等国家和地区得到扩展。
高速磨削加工的发展趋势正朝着采用超硬磨料磨具，高速高效、精密超精密磨削工艺以及绿色生态磨削方向发展。
机械行业难加工材料与结构的加工技术(ppt 80页)
外型面难加工结构件主要有：薄壁件、叶片、涡轮盘 、微小微细零件外型面及其它特殊复杂的型面。
内型面难加工结构主要有：蜂窝结构、阵列孔、有特 殊要求的小孔、窄缝及其它特殊复杂的形腔结构。
南京航空航天大学机电学院052系
难加工材料的加工技术
南京航空航天大学机电学院052系
难加工材料与结构概述－分类
（4）低温性能好 钛合金在低温和超低温下能保 持力学性能。
（5）化学活性大 钛的化学活性大，与大气中的 O2、N2、H2、CO、CO2、水蒸气、氨气等均产 生剧烈的化学反应。
（6）导热性差 钛的导热系数低，约为Ni的1/4， Fe的1/5，Al的1/14
（1）钛合金具有密度小、强度高、能耐各种酸、碱、 海水、大气等介质的腐蚀等一系列优良的力学、物理 性能，因此在航空、航天、核能、船舶、化工、冶金 、医疗器械等工业中得到了越来越广泛的应用。
南京航空航天大学机电学院052系
难加工材料与结构概述－应用
1.钛合金
记忆钛合金镜架
钛合金刀具
南京航空航天大学机电学院052系
2.主要内容：
1）难加工材料
1）难加工材料的分类
2）难加工材料的应用
2） 难加工结构
南京航空航天大学机电学院052系
难加工材料与结构概述－分类
1.钛合金 2.高温合金 3.不锈钢 4.高强度钢与超高强度钢 5.复合材料 6.硬脆性材料
南京航空航天大学机电学院052系
难加工材料与结构概述－应用
2.高温合金
低膨胀、恒弹性、高弹 性高温合金
精密合金高温合金不锈钢棒
南京航空航天大学机电学院052系
需求引领 研讨新材料高效加工工艺问题——“军工难加工材料高效加工工艺与装备技术研讨会”引人注目
技术 公 司陆 启 建 总 经 理 的 高 速 数 控 加 工 技 术 及 应
用 ，ｏｉ ｒ Ｓ ｌ ｋ公 司技术 总 监 陈超 祥 先 生 的智 能 特 征 ｗｏ 技术 一让新手成 为 专 家 ， 西北 工 业 大 学乔 生 儒 博导 的 瞬态 电能表 面强 化 技 术 ， 林 大 学 李 明哲 博导 的 吉
集 团科 技 部 、 器装备 集 团科技 质晕 与 兵 ｊ 机械 工业 联合 会科技 工作 部 、 中国有 色 会科学 技 术部 以及 国防科技 工业科 技 成
研究 中心 等 共 同主办 ， 新 技术 新 工 艺 》 《
｝ 博 （ 团 ） 限 公 司 、 空 生 产 力 中 世 集 有 航
术 、 示 与 参 观 展
工艺 与装 备技术 研讨 会在 上海举 行作 大 会主题 发
｝ 工业 科 技 成 果推 广 转 化 研 究 中心 赵 钰
国机械 工 业 联合 会 科 技 工作 部 李 冬 茹 ｝ 中国兵 器 工业 集 团公 司 等军 工 集 团科
同 志出席 了会议 并讲 话 。来 自核 、 天 、 航 兵 器 、 电 、 械 、 色金 属 以及高 校 等 军 机 有
代 表近 ３０人参 加 了本次 会议 。会议 旨 ０
《 国防科 技 工业 “ 十一 五 ” 规划 纲 要 》 致 ，
新 型 装 备 技 术 为
主 要 内 容 。会 七
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北京航 空制造 工 程研究 所关桥 院 士的高 能束 流 焊接 与 固态连接技 术 ， 京航 空 航 天 大学 何 宁 博导 南
的高 性能 加工及 冷 却 润滑 技 术 ， 同济 大学 张 曙 博导 的微 纳制造 技术 ， 津 大学 林 彬 教 授 的硬 脆 材 料加 天 Ｉ 术 ， 苏大学 许 晓 静 教授 的高 效率 超 塑 性 成 形 ： 技 江 铝合 金及 其应用 ， 清华 大学唐 靖林 博士 的铝 、 镁合金
《基于特征的复杂工件数控加工关键技术研究》
《基于特征的复杂工件数控加工关键技术研究》一、引言随着制造业的快速发展，复杂工件的数控加工技术已成为现代制造业的核心技术之一。
基于特征的数控加工技术是当前研究的热点，其通过提取工件的特征信息，实现加工过程的智能化、高效化和精确化。
本文旨在研究基于特征的复杂工件数控加工关键技术，为提高复杂工件的加工精度和效率提供理论支持和技术指导。
二、复杂工件特征提取技术1. 特征定义与分类复杂工件的特征主要包括几何特征、工艺特征和材料特征等。
几何特征主要描述工件的形状、尺寸和位置等信息；工艺特征则涉及加工方法、加工顺序和加工参数等；材料特征则包括材料的种类、性能和热处理等。
根据这些特征，可以将复杂工件分为不同类型，如钣金类、型腔类、异形类等。
2. 特征提取方法特征提取是复杂工件数控加工的关键步骤，其主要包括预处理、特征识别和特征描述三个阶段。
预处理阶段主要对原始数据进行去噪、平滑和分割等处理；特征识别阶段则通过图像处理、机器视觉等技术识别出工件的特征；特征描述阶段则将识别的特征进行数学描述，为后续的数控加工提供依据。
三、数控加工关键技术研究1. 加工路径规划基于特征的加工路径规划是数控加工的关键技术之一。
通过对工件的特征进行提取和描述，结合加工设备和工艺要求，制定出合理的加工路径。
在路径规划过程中，需考虑工件的形状、尺寸、材料和加工要求等因素，以确保加工过程的精确性和高效性。
2. 切削参数优化切削参数是影响数控加工效率和质量的重要因素。
通过对工件的材料、硬度、热处理状态等特征进行分析，结合切削设备的性能和加工要求，优化切削参数，提高加工效率和表面质量。
同时，切削参数的优化还需考虑刀具的寿命和切削力的影响等因素。
3. 数控编程与仿真数控编程是数控加工的核心环节，其质量直接影响到加工效率和精度。
通过将工件的特征信息转化为数控程序的代码，实现加工过程的自动化。
同时，利用仿真软件对加工过程进行模拟，验证程序的正确性和可行性，以提高加工精度和效率。
薄壁高精度轴颈类零件加工技术研究
薄壁高精度轴颈类零件加工技术研究作者：程卫祥徐金梅李成武来源：《中国新技术新产品》2012年第19期摘要：本文论述的是一种薄壁高精度轴颈类的加工方法，所介绍的零件为薄壁环形承力件。
该零件为强化的镍基高温合金材料，可切削性差。
本文介绍了制定轴颈工艺路线的原则及其加工工艺路线，典型的车和孔加工，以及如何安排工艺路线以减少零件变形。
关键词：轴颈；高温合金；薄壁；加工中图分类号：V261.94 文献标识码：A1概述近几年，随着航空技术的发展，一些高精度零件应用越来越广泛，精度要求越来越高，加工难度越来越大。
其中一些轴颈类零件由于工作条件苛刻，要求更高。
本文选取某一种轴颈类零件作为探讨的载体，介绍其加工方法、加工难点及解决措施。
该零件为承受高温高速旋转的关键承力件，用于连接高压涡轮盘和轴，传递扭矩，承受很大的离心力和气动力，因此对轴颈的质量提出了严格的要求。
2零件的加工分析2.1零件的结构复杂（见图1）轴颈的结构和形状复杂，难加工的表面多，零件壁厚较薄，只有3.5mm、多圆弧转接、配合表面精度高；在曲面上加工小孔，钻头容易偏斜，而且有的孔长径比达15:1，导致钻头强度低，钻削容易发生振动，而使钻头折断。
2.2加工材料零件材料为GH698，是一种新型的镍基高温合金。
该材料合金化强度高，含有铝、钼、钛、铌等强化元素，在500-800℃范围内具有高的持久强度和良好的综合性能。
这种高温合金的性能和加工特点是：2.2.1导热性差，加工中传热困难，切削温度很高，因此切削时容易产生粘刀现象。
2.2.2热强性好，高温合金在较高温度下仍具有较高的物理、机械性能，切削阻力比普通钢高3-4倍。
2.2.3材料本身有大量的强化相，在加工中容易产生冷作硬化，容易磨损刀具，降低刀具寿命。
2.3零件的形位公差要求高安装边轴向的孔，尺寸公差为0.019mm，位置度0.02mm，其基准平面A要求着色面积不小于80%，且孔和螺纹孔，周围4 mm的范围内着色面积要求100%。
航空零部件的金属增材制造光整加工技术研究进展
表面技术第52卷第12期航空零部件的金属增材制造光整加工技术研究进展刘静怡1,2，李文辉2,3*，李秀红1,2，杨胜强1,2，温学杰1,2，武荣穴1,2（1.太原理工大学 机械与运载工程学院，太原 030024；2.精密加工山西省重点实验室， 太原 030024；3.太原理工大学 航空航天学院，山西 晋中 030600）摘要：增材制造具有无需模具直接制造、材料利用率高，且对于结构复杂程度不受限制等优点，广泛应用于复杂化、轻量化的航空金属零部件一体化制造。
但由于增材制造成形的零部件存在较高的表面粗糙度、复杂的残余应力分布以及难以消除的孔隙缺陷，严重制约了其在工业上的大规模应用。
针对高使役性能航空零部件存在的表面完整性问题，概述了金属增材制造的原理及特点，总结了金属增材制造技术在航空领域的国内外应用现状，分析了金属增材制造零部件在批量生产与实际应用过程中所面临的困难与挑战。
从加工机理、加工效果、应用范围等角度，重点阐述了化学、电化学、磨粒流、滚磨、激光等光整加工技术在航空金属增材制造领域的加工适应性，并对比分析了不同光整加工技术的优缺点，探讨了多种组合技术的多能场耦合协同效应，研究内容涵盖钛合金、不锈钢、铝合金、铜合金等材料，涉及管类、格栅、点阵、薄壁、曲面、复杂型腔等零部件结构特征。
最后，针对航空金属增材制造光整加工领域的未来研究方向及关键技术作出思考与展望。
关键词：增材制造；航空金属零部件；光整加工；表面缺陷；表面粗糙度；复杂结构中图分类号：V261.8 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)12-0020-22DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.12.002Research Progress of Finishing Technology for AviationParts Built by Metal Additive ManufacturingLIU Jing-yi1,2, LI Wen-hui2,3*, LI Xiu-hong1,2, YANG Sheng-qiang1,2,WEN Xue-jie1,2, WU Rong-xue1,2(1. College of Mechanical and Vehicle Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China;2. Shanxi Key Laboratory of Precise Machining, Taiyuan 030024, China;3. College of Aeronautics and Astronautics, Taiyuan University of Technology, Shanxi Jinzhong 030600, China)ABSTRACT: Additive manufacturing has many advantages, including shape without a mold, high material utilization, and unlimited structural complexity. It is widely used in the integrated manufacturing of complex and lightweight aviation metal parts. In recent years, with the exploration of the principle and characteristics of metal additive manufacturing technology, the收稿日期：2023-09-19；修订日期：2023-11-10Received：2023-09-19；Revised：2023-11-10基金项目：国家自然科学基金（51875389、51975399、52075362）；中央引导地方科技发展资金项目（YDZJSX2022B004、YDZJSX2022A020）Fund：The National Natural Science Foundation of China (51875389, 51975399, 52075362); Central Government Guided Local Development Foundation (YDZJSX2022B004, YDZJSX2022A020)引文格式：刘静怡, 李文辉, 李秀红, 等. 航空零部件的金属增材制造光整加工技术研究进展[J]. 表面技术, 2023, 52(12): 20-41.LIU Jing-yi, LI Wen-hui, LI Xiu-hong, et al. Research Progress of Finishing Technology for Aviation Parts Built by Metal Additive Manufacturing[J]. Surface Technology, 2023, 52(12): 20-41.*通信作者（Corresponding author）第52卷第12期刘静怡，等：航空零部件的金属增材制造光整加工技术研究进展·21·variety and quality of additive manufacturing parts have been fully developed. The application status of metal additive manufacturing technology in the aviation field at home and abroad is summarized, and the difficulties and challenges faced by metal additive manufacturing parts in mass production and practical application are analyzed. At present, the application of additive manufacturing technology in the aviation field is mature abroad. Compared with foreign countries, China has also made some progress in the surface quality and mechanical properties of additive manufacturing parts. However, there are still some gaps in post-processing.The defects of additive manufacturing parts include powder adhesion, step effect, balling effect, cracks, pores, and complex residual stress distribution. Poor surface integrity affects fatigue performance and seriously restricts the large-scale application of additive manufacturing in industry. To improve the surface integrity of aviation additive manufacturing parts, this article focuses on the processing adaptability of various finishing technologies such as chemistry, electrochemistry, abrasive flow, barrel, and laser in the aviation metal additive manufacturing field. The research involves surfaces created through additive manufacturing using different materials, including titanium alloy, stainless steel, aluminum alloy, copper alloy, etc., and the influence of structural features such as tubes, grids, lattices, thin walls, curved surfaces, complex cavities, and other parts on finishing behavior. Each finishing technology’s processing mechanism and appropriate processing parameters are reviewed to determine the optimal processing strategy. The processing effects of each technology on the surface of additive manufacturing are summarized from the perspectives of surface roughness, surface hardness, micromorphology, and so on. The advantages and disadvantages of different finishing technologies are compared and analyzed.Chemical finishing and electrochemical finishing have good accessibility and usually produce no residual stress during the process, which can be applied to complex structures such as grids and arrays. However, the processing of these two finishing technologies is not very environmentally friendly, and it is difficult to accurately control the accuracy of the parts. In contrast, barrel finishing and abrasive flow machining can control the machining process very well. They usually have a high material removal rate, which can respond quickly to rough surfaces. These two finishing technologies have a long processing time and are prone to edge effects. It is necessary to control the complex flow field. Laser finishing has a high degree of automation and can be integrated with additive manufacturing systems. However, its accessibility is limited, and the processing process may increase the generation of thermal residual stress. After that, combined with the advantages and disadvantages of each finishing technology, the multi-energy field coupling synergistic effect of different combination finishing processes such as chemical-electrochemistry, mechanical-chemistry, and mechanical-electrochemistry is introduced.In the future, research on the finishing technology of aviation metal additive manufacturing parts will focus on complex features, establish a more complete theoretical framework, and lead to more innovative finishing processes.KEY WORDS: additive manufacturing; aviation metal parts; finishing processing; surface defects; surface roughness; complex construction增材制造（Additive Manufacturing，AM），俗称3D打印，是一种自下而上的新型加工技术，主要基于离散-堆积原理，应用激光束[1-2]、电子束[3]、电弧[4]等能量源，以金属、陶瓷、高分子、新型材料等作为原材料，通过高温使材料熔融后逐层累积、快速成形。
硬脆材料超精密加工关键技术研究
硬脆材料超精密加工关键技术研究随着科技的快速发展，超精密加工技术已经成为现代制造业中不可或缺的关键技术之一。
尤其是在硬脆材料的加工中，超精密加工技术的应用显得尤为重要。
本文将详细探讨硬脆材料超精密加工的关键技术，以期为相关领域的研究和应用提供有益的参考。
超精密加工技术是指通过采用高精度的机床、工具和工艺方法，将原材料或半成品加工成精度高、表面质量好的最终产品。
从20世纪60年代开始，随着计算机、激光、新材料等技术的飞速发展，超精密加工技术也不断取得重大突破。
如今，超精密加工技术已经广泛应用于航空、航天、能源、医疗等领域。
在硬脆材料的加工中，超精密加工技术可以有效提高加工效率和产品质量。
例如，利用超精密加工技术可以制造出高精度的光学元件、半导体芯片、陶瓷零件等，这些产品在各自领域都具有重要的应用价值。
硬脆材料由于其硬度高、脆性大等特点，加工过程中容易出现裂纹、崩边、表面粗糙等问题。
因此，在硬脆材料的超精密加工中，需要解决以下难点：裂纹问题：硬脆材料在加工过程中容易产生裂纹，降低产品的合格率。
崩边问题：由于硬脆材料的硬度较高，加工时容易出现崩边现象，影响产品的精度和表面质量。
表面粗糙问题：硬脆材料在加工过程中容易出现表面粗糙的现象，影响产品的性能和使用寿命。
机床和工具的精度问题：由于硬脆材料的加工精度要求高，因此需要高精度的机床和工具来保证。
采用先进的加工工艺和工具，如激光加工、水刀切割、超声波加工等，以减少加工过程中对材料的损伤。
对硬脆材料进行预处理，如加热、冷却、加载等，以改善其加工性能。
采用高精度的机床和工具，并定期进行维护和校准，以保证加工的精度和稳定性。
对加工参数进行优化，如切削速度、切削深度、进给速度等，以提高加工效率和产品质量。
下面以光学元件和陶瓷零件的超精密加工为例，说明超精密加工技术在硬脆材料加工中的应用。
光学元件的超精密加工：光学元件是光学系统的基本组成部分，其精度和表面质量对整个光学系统的性能有着至关重要的影响。
智能制造和高速高精加工技术——访中航工业北京航空制造工程研究所王焱研究员
王老师 说在整个 工艺流程 中切 削刀具 是支撑和促 进切 削加工技术进 步 的关 键 因素之 一 。近年来 ，高速 高精 数控机床 的广泛应用 促使现代 切削加 工技术发展 到 了一个新 的阶段 ，先进 高效刀具 的应用 是使 昂贵 的 数控机床 充分 发挥 其高速 高效加工 能力 的基本 前提之 一 ， 也是先进工艺技术发挥效用 的重要保障 。
工艺装 备是实现 工艺方法 的基础 ，是工艺技术 实 施 的载 体 。由于航空产 品零部件越 来越 多地采用整 体 结 构 和 新 型 材 料 ，常 常 具 有 复 杂 曲面 外 形 、 复 杂 的 结 构形 式和装配 协调关 系等特殊要 求 ，高速 高精技术 成 为支撑航 空产 品制造的关键，航空制造业对高速 高精设 备 有 着 迫 切 的需 求 。工 艺技 术 研 究 除探 索 工 艺 方法 、确 定 工 艺 流程 外 ，经 常 要解 决 的就 是 新型 工 艺 设 备工 程 开 发 与 应 用 问题 。航 空 专 用工 艺 装 备 是 中航 工 业 北京 航 空 制造工程研究所主攻的另一个重要领域 ，从机床结构及 部 件 的设 计制 造 、配 置 安装 到 调 试 整个 过 程 都 形成 了独 有 的特 色 和 能力 ， 以数 控机 床 为 例 ，经过 长 期 的 技术 研 究 和 实 际 工作 经 验 积 累 ，交 付 的数 控机 床 在 功 能 、性 能 和 可 靠 性 等方 面 都 达 到 了国 际或 国 内先进 水 平 ，完全 能 够 满足航空大型结构件的加工需要 。
切 削加 工 追 求 的 目标 是 高精 度 、 高效 率 、低 成 本 、 绿 色 环 保 。先 进 的 刀 具 技 术 是 促 进 切 削 技 术 发 展 的基础 和保证 ，刀具技术 的发展涉 及刀具材料 和刀具 结 构 的 发 展 ， 刀 具 材 料 是 提 升 刀具 性 能 的基 础 ， 刀 具 结 构是提高 工件加工精度 的关键 。随着高速 加工 、高 精 度 加 工 技 术 的 进 步 和 难 加 工 材 料 应 用 数 量 的 增 加 ， 刀 具材料和 技术 的进展 也十分显 著 ，人们 在新型刀具 材料 的应用 、刀具涂层 技术 以及 新型刀具切 削性能方 面 进 行 了大 量 的 研 究 与 应 用 工 作 ， 以适 应 高速 切 削 、 干式切 削、高精度加工 的基本 需求 。
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大量采用耐高温、高强度的难加工和极难加工材料，以承 受高温和极端载荷； 工作在高温、大应力、动载荷条件下，对零件表面质量有 极高要求，零件表面粗糙度、加工残余应力、组织和缺陷 对零件寿命极其重要。
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细化晶粒：减小晶粒尺寸可以提高硬质合金的硬度、耐磨性、韧 性。
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普通硬质合金的晶粒尺寸约10微米以下，细晶粒<1微米、超细晶粒 <0.5微米。
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梯度材质：采用梯度材质可以兼顾硬质合金的硬度和韧性。梯度 结构硬质合金具有特殊的结构或成分梯度变化，对不同的部位赋 予不同的性能，使整体制品获得优异的综合机械性能。
航空结构件特点
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减重措施2：采用高比强度结构Structure of high specific strength
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薄壁加筋结构：结构复杂、刚性弱， 切削加工量大，95％以上材料被去除， 壁厚最薄不足1 mm，加工颤振、变形严重。
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航空发动机中很难找到不难加工的材料
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难加工材料加工技术 Machining of aerospace materials
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80 70 60 50 40 30 20 10 0 YF-17 F/A-18A/B F/A-18C/D F/A-18E/F 飞机型号 钛合金 复合材料 铝合金 YF-22 F-17 材料质量百分比(%)
钢
其它
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难加工材料加工用刀具
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超硬刀具：立方氮化硼刀具和金刚石刀具CBN & Diamond
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立方氮化硼刀具
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立方氮化硼(CBN)是氮化硼(BN)的同素异构体，其结构、化学键类型、 晶格常数与金刚石相似，因此具有与金刚石相近的硬度和强度。 PCBN刀具粘结剂组分包括金属粘结剂、陶瓷粘结剂和金属－陶瓷组合 粘结剂三大类，CBN含量在40%～95%之间，CBN晶粒尺寸发展到微米 和亚微米级。不同的粘结剂组分、CBN含量和晶粒尺寸适应于不同的工 件材料和不同的加工条件。 硬度：单晶的硬度为8000～9000HV，聚晶烧结体PCBN的硬度为3000～ 5000HV。在切削耐磨材料时其耐磨性是硬质合金刀具的30～50倍； 耐热性：达1400℃～1500℃，在800℃时的硬度还高于陶瓷和硬质合金 的常温硬度； 其它：较好的化学稳定性、较好的导热性和较低的摩擦系数，
航空结构件特点
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航空发动机难加工材料Aero engine materials
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航空结构件特点
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发动机结构材料的应用
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航空发动机工作在数百至上千K的温度，旋转速度 上万转/分，零件既要轻又在高温下承受极端载 荷，所以航空发动机零件有以下特点：
Байду номын сангаас
航空结构件特点 Demanding for aerospace materials
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航空结构件特点
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减轻重量是航空结构件设计的永恒主题Lighter structure forever 减重措施1：采用高比强度材料Material of high specific stength
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The key: suitable tool material, tool geometry, cutting fluids, cutting regime
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难加工材料加工用刀具
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刀具材料进展Development of tool materials
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难加工材料加工用刀具
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陶瓷刀具Ceramic
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高速钢与硬质合金的主要成分钨、钴资源在全球范围内日趋枯竭， 陶瓷刀具材料使用的主要成分铝、硅、氧、氮等在地壳中含量丰富； 氧化铝基陶瓷、氮化硅基陶瓷、氧化铝氮化硅复合陶瓷（Sialon）和 晶须增韧陶瓷。 很高的硬度和耐磨性，硬度达93～95HRA，适于加工50～65HRC的高 硬度材料；高温性能好，在1200℃的高温下仍能进行切削；与金属的 亲和力小，具有良好的抗粘结性能；化学稳定性好，扩散磨损小，抗 氧化能力好；摩擦系数也低于硬质合金。 强度和断裂韧性较低，脆性较大，导热性差，抗热震性不高。 提高陶瓷刀具的力学性能的研究：采用热压和热等静压工艺，加入各 种增韧补强相，如金属碳化物、氮化物、硼化物、稀土元素及纯金属 和晶须等。一些陶瓷刀具的强度和韧性已接近硬质合金。 陶瓷刀具占刀具市场的份额将增加到15%～20%，金属切削加工工业 即将进入新的“石器时代”。
航空结构件特点
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发动机难加工材料
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钛合金Ti alloys：冷端零件如压气机叶片、叶轮、盘、机匣； 高温合金High temperature alloys（锻造、铸造、粉末冶金、 定向结晶、单晶）：热端零件如涡轮叶片、盘、机匣； 不锈耐蚀钢、高强度钢Stainless/high strength steels：冷端叶 片、轴、传动件 复合材料PMC/MMC/CMC：树脂基复材风扇叶片、风扇机匣， 陶瓷基复材涡轮静子叶片等
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粉末冶金高速钢：粉末冶金高速钢无碳化物偏析，晶粒粉 细小均匀，杂质含量少，
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抗弯强度比冶炼高速钢提高2倍以上，在600℃时的高温硬度 高出2～3HRC，刀具寿命提高0.5～2倍。 进口牌号ASP2060、ASP2080 ，国产牌号M42-PM
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高速钢High speed steel
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高速钢可以锻造，淬火前可以切削加工，强度高，所以广 泛用于齿轮刀具、螺纹刀具、拉刀等复杂刀具。 高性能高速钢：增加V、Co、Al、稀土等元素，提高高速 钢的性能。
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Co 高速钢M42：是当前航空航天生产中应用较广泛的高性 能高速钢， Al高速钢501：在加工高强度钢等难加工材料时也具有良好 的性能。
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性能：
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用途：硬态干式切削难加工材料，加工硬度高于50HRC 的材料，实 现高硬度零件的以切代磨加工。
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难加工材料加工用刀具
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金刚石刀具：
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特点：
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是最硬的刀具(8000～12000HV)，高的导热性，低的热胀系数，高的弹 性模量和较低的摩擦系数。
航空难加工材料加工技术研究 Machining of aerospace materials
北京航空航天大学 Beihang University
国防科技工业高效数控加工研究应用中心
陈五一 教授 博士导师 Professor W. Chen
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进气道蒙皮：复合材料
前机身 蒙皮：复合材料 隔框：铝合金、复合材料 油箱框架：复合材料 航电、雷达舱：复合材料
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航空结构件特点
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飞机难加工材料
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钛合金Titanium alloys：用量越来越大，一般采用锻造毛坯，余量 大，切削量大需要考虑粗精加工； 复合材料CFRP：用量越来越大，但一般近净成形，尚未用于配合尺 寸，不需要车、铣、磨等加工，机械加工包括制孔、切边； 超高强度钢High strength steel：用量较小，仅用于起落架等强承力 零件，需要粗精加工，尤其是深孔加工。
目录
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航空结构件特点Demanding for aerospace materials 难加工材料加工技术Machining of aerospace materials 切削条件优选技术Optimization of machining parameters
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比强度＝强度/密度，提高材料强度或者降低材料密度均可提高比强度， 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，
Tensile Specific Young’s modulus Specific Material strength strength density (MPa) (MPa) (MPa) Steel 7.8 1030 2.1×105 130 Al alloy 2.7 410 0.75×105 170 Ti alloy CFRP 4.5 1.45 900 1500 1.14×105 1.4×105 210 1030