航空發動機高壓壓氣機盤、渦輪盤等零件，屬于發動機中高速旋轉的關鍵部件，零件的結構、形狀較為復雜，尺寸精度與技術條件要求較嚴，材料多為強度高、硬度高的切削性能較差的高溫合金材料，加工過程中零件的余量較大，按傳統工藝進行加工，效率較低，影響零件的周轉與交付進度。選取陶瓷刀具，采用數控加工工藝進行零件的粗加工、半精車加工工作，能夠達到提高零件加工效率與加工質量的目的。通過梳理盤類零件的工藝規程，篩選、確定以某型號發動機九級輪盤作為典型零件，開展陶瓷刀具高效加工研究、攻關，從而帶動盤類零件整體制造技術的提升。該零件特點是，形狀較為復雜，零件的加工精度較高，材料為鎳基高溫合金，在發動機盤類零件中具有代表性。通過采用高性能陶瓷刀具實施高效數控加工，對于批量生產的零件，能夠大大減少加工時間并提高質量，解決制約生產的難題。本文主要闡述了應用數控車設備，選擇適用的陶瓷刀具，進行數控加工程序的編制，以及切削加工參數的摸索、驗證，成功實現九級輪盤零件采用陶瓷刀具高效數控加工的工藝過程。
九級輪盤是某航空發動機的關重部件，在高溫、高壓、高轉速的惡劣環境條件下工作；選用材料均為GH4169，在切削加工時，切削負荷重，切削溫度高，加工硬化現象嚴重，切削加工性能低。本文主要針對零件粗車加工、半精車加工不同過程，開展陶瓷刀具的高效加工應用研究，著力解決制約生產過程的關鍵問題，推動航空盤類零件制造技術水平的提升。
1、研究目標
依據選定的典型零件，針對零件各自的特點開展研究。
九級輪盤受模鍛造技術限制，毛料尺寸較大，且零件存在一處深70mm，寬35mm的深腔結構（圖1所示），傳統的加工工藝是采用普通車床進行加工，用焊接車刀進行粗開槽及半精加工，不僅加工時間長、效率低，而且刀具消耗也很大，且深腔部位加工質量不穩定，經常造成加工不到位、表面光度差等問題，零件返修率據高不下。陶瓷刀具應用研究以提高粗車、半精車加工質量及效率為主。
2、刀具方案
典型零件為鎳基高溫合金GH4169材料。在切削加工時，切削負荷重，單位切削力可比中碳鋼高50%；切削溫度高，在相同的切削條件下，切削溫度約為45鋼的1.5-2倍；刀具磨損劇烈，刀具壽命明顯下降，在高切削溫度（750-1000℃）下，刀具產生嚴重的擴散磨損和氧化磨損；加工硬化現象嚴重，已加工表面的硬化程度可達200%-500%。因此高溫合金的可切削加工性能低，車加工比較困難。
陶瓷刀片與硬質合金刀片相比，可承受2000℃的高溫，更具有高溫化學穩定性，可高速切削，但其缺點是陶瓷刀片的強度和軔性很低，容易破碎。陶瓷刀片耐高溫，對高溫高速切削更有利，由于陶瓷熱導率低，高溫只在刀尖，高速切削所產生的熱量都隨屑帶走。采用陶瓷刀具進行加工，零件高速旋轉，零件切削處材料紅熱、軟化，刀具去除材料效率較高，因此，經過項目團隊認真分析，決定采用陶瓷材料刀具進行加工。
3.2 計算機輔助仿真驗證
由于零件可見性差，并且零件切削速度較高，為了保證加工安全性，驗證數控程序走刀軌跡的正確行，檢查零件與刀具的干涉情況，加工前在計算機上使用仿真軟件，進行輔助加工仿真驗證，降低加工風險。
3.3 加工試驗研究
3.3.1 零件加工參數選擇
3.3.2 零件加工試驗
九級輪盤首先選擇在試驗件上進行加工試驗，按照工步卡確定的加工步驟，依次進行，通過試件加工，一方面進一步校驗程序正確性，另一方面檢驗刀具的切削壽命以及干涉情況。試件加工結束后，對零件相關尺寸進行測量，加工質量滿足工藝規定要求， “讓刀”現象較輕，零件光度與傳統加工工藝相比較有了較大的改觀。將試驗件的加工結果用于真件的加工，加工的質量較為穩定，零件的變形量得到了控制，表面質量得到了提升，加工的效率大幅提高。
3.3.3結果與分析
通過零件的試驗與研究，對陶瓷刀具的加工特性有了一定的了解，選用陶瓷刀具對該GH4169材料進行，刀具選擇較為適用，安排加工路線的正確、可行，切削參數的設定合理，對減小零件加工變形也有了一定的控制措施，零件加工質量得到了保證。
按照試驗、攻關的結果，陶瓷刀具在批產加工中進行了應用，加工效率明顯提高，九級輪盤單臺切削時間減少了近8小時，極大地緩解了數控立車的生產壓力，加快了零件的周轉速度。
通過跟蹤零件的加工，對加工過程不斷的完善，將數控程序進行整理、優化、存檔，編制了標準化操作說明書，用于指導操作者規范加工，零件的加工質量更加穩定。
結語
通過對九級輪盤典型盤類零件進行試驗研究，應用陶瓷刀具進行高效加工的研究，制定的工藝路線正確可行，選定的陶瓷刀具、加工參數合理，加工的效果較好，達到了預期制定的目標。
隨著數控設備的逐漸普及和加工能力的不斷提高，高性能陶瓷刀具在盤類零件的加工中應用會越來越廣泛，制造技術能夠得到進一步的提升，對全面完成公司不斷增加批產任務，發揮越來越重要的作用。
