机械制造技术-难加工材料与结构的加工技术

机械制造技术MechanicalManufacturingTechnology（切削原理与刀具：Cutting

Principle&CuttingTools）第七章难加工材料与结构的加工技术本章内容10.1难加工材料与结构概述*（1学时）10.1.1难加工材料1）难加工材料的分类2）难加工材料的应用10.1.2难加工结构10.2难加工材料的加工技术（2学时）10.2.1钛合金加工10.2.2高温合金加工10.2.3不锈钢加工10.2.4高强度钢和超高强度钢的加工10.2.5复合材料加工10.2.6脆性材料加工10.3难加工结构的加工技术（1学时）10.3.1薄壁件加工10.3.2叶片及涡轮盘加工10.3.4阵列孔及微孔加工难加工材料与结构概述1.定义：难加工材料是指难以进行切削加工的材料，即切削加工性差的材料。切削加工性等级代号5级以上的材料均属于难加工材料。从材料的物理力学性能看，硬度高于250HBS、强度σb>0.98GPa、延伸率δ>30％、冲击值ak>9.8×105J/m2、导热系数k<41.9W/（m℃）的均属难加工材料之列。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.硬脆性材料难加工材料与结构概述－分类

1.钛合金钛是同素异构体，熔点为1720℃，在低于882℃时呈密排六方晶格结构，称为α钛，在882℃以上呈体心立方晶格结构，称为β钛。利用钛的上述两种结构特点，添加适当的合金元素（如表10.1.1所示），使其相变温度及相分含量改变而得到不同类型的钛合金。室温下，钛合金有3种基体组织，因此分为3类：1）α相钛合金（用TA表示）；2）β相钛合金（用TB表示）；3）α+β相钛合金（用TC表示）。其中最常用的是α钛合金和α+β钛合金，α钛合金切削加工性能最好，αβ钛合金次之，β钛合金最差。难加工材料与结构概述－分类

钛合金－性能（1）比强度高钛合金的密度在4.5×103kg/cm3左右，仅为钢的60％，（2）热强度高钛合金热稳定性好、高温强度高。在300～500℃下，其强度约比铝合金高10倍。（3）抗蚀性好钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性优于不锈钢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（7）弹性模量小钛的弹性模量为107.8GPa，约为钢的1/2难加工材料与结构概述－分类

2.高温合金1.定义：高温合金又称耐热合金或热强合金，它是多组元的复杂合金，以铁、镍、钴、钛等为基，能在600～1000℃的高温氧化环境及燃气腐蚀条件下工作，而且还可以在一定应力作用下长期工作，具有优良的热强性能、热稳定性能和热疲劳性能。难加工材料与结构概述－分类2.高温合金分类：1）按合金基体元素种类来分，可分为铁基、镍基和钴基合金三类，目前使用的铁基合金含镍量高达25％～60％，这类铁基合金有时又称为铁镍基合金；2）根据合金强化类型不同，高温合金可分为固溶强化型合金和时效沉淀强化型合金，不同强化型的合金有不同的热处理制度；3）根据合金材料成形方式的不同，高温合金可分为变形合金、铸造合金和粉末冶金合金三类。此外，按使用特性，高温合金又可分为高强度合金、高屈服强度合金、抗松弛合金、低膨胀合金、抗热腐蚀合金等。难加工材料与结构概述－分类

3.不锈钢

1.定义：不锈钢是指在大气中或在某些腐蚀性介质中具有一定耐腐蚀能力的钢种。2.种类：按其成分可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大类。按其内部组织结构可分为以下几类：（1）马氏体不锈钢含铬量为12％～17％，含碳量为0.1％～0.5。常用牌号有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等。难加工材材料与结结构概述述－分类类（2）铁铁素体不不锈钢含含铬量量16％％～30％。常常用牌号号有0Cr13、1Cr14S、1Cr17、1Cr28、0Cr17Ti、1Cr17Ti、1Cr17Mo2Ti等等。（3）奥奥氏体不不锈钢合合铬量量为12％～25％，，含镍量量为7％％～20％（或或高于20％）），常用用牌号为为1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9、1Cr18Ni9等。。（4））奥氏氏体一一铁素素体不不锈钢钢常常用牌牌号有有1Cr18Ni11Si、、4AlTi等等。（5））沉淀淀硬化化型不不锈钢钢常常用牌牌号有有0Cr17Ni4Cu4Nb、、0Cu17Ni7Al等。。难加工工材料料与结结构概概述－－分类类4.高高强度度钢与与超高高强度度钢1）高高强度度和超超高强强度钢钢为具具有一一定合合金含含量的的结构构钢。。它们们的原原始强强度、、硬度度并不不太高高，但但经过过调质质处理理（一一般为为淬火火和中中温回回火）），可可获得得较高高或很很高的的强度度。通通常把把调质质后σb>1.2GPa、σs>1GPa的钢钢称为为高强强度钢钢；把把调质质后σb>1.5GPa、σs>1.3GPa的钢钢称为为超高高强度度钢。。它们们的硬硬度在在35～50HRC之间间。加加工这这两种种钢时时，粗粗加工工一般般在调调质前前进行行，而而精加加工、、半精精加工工及部部分粗粗加工工则在在调质质后进进行。。难加工材材料与结结构概述述－分类类2）高强强度钢一一般为低低合金钢钢，合金金元素的的总含量量不超过过60%，有Cr钢、、Cr-Ni钢钢、Cr-Si钢、Cr-Mn钢、、Cr-Mn-Si钢钢、Cr-Ni-Mo钢、Cr-Mo钢、、Si-Mn钢钢等。超超高强度度钢视其其合金量量的不同同，可分分低合金金超高强强度钢、、中合金金超高强强度钢和和高合金金超高强强度钢。。难加工材料料与结构概概述－分类类5.复合材料1.定义：：复合材料是是由两种或或两种以上上的物理和和化学性质质不同的物物质人工制制成的多相相组成固体体材料，是是由增强相相和基体相相复合而成成的，并形形成界面相相。增强相相主要是承承载相，基基体相主要要是连接相相，界面相相的主要作作用是传递递载荷，三三者的不同同组分和不不同复合工工艺使复合合材料具有有不同的性性能。难加工材料料与结构概概述－分类类2.性能：：复合材料的的优越性在在于它的性性能比其组组成材料好好得多，1）它可改改善或克服服组成材料料的弱点，，充分发挥挥其优点；；2）它可可按构件结结构和受力力要求，给给出预定的的、分布合合理的配套套性能，进进行材料的的最佳设计计；3）可可获得单一一组成材料料不具备的的性能。3.种类类：按其结构和和功能，可可把复合材材料分为结结构复合材材料和功能能复合材料料。前者的的研究和应应用较多，，发展很快快。主要有有两种，一一是以聚合合物为基体体，其中以以树脂（环环氧树脂、、酚醛树脂脂）为基体体的居多；；另一种是是以金属或或合金（铝铝及合金、、高温合金金、钛合金金及镍基合合金）或陶陶瓷为基体体。难加工材材料与结结构概述述－分类类6.硬脆脆性材料料1.概述述：硬脆性材材料具有有高强度度、高硬硬度、高高脆性、、耐磨损损和腐蚀蚀、隔热热、低密密度和膨膨胀系数数及化学学稳定性性好等特特点，是是一般金金属材料料无法比比拟的。。硬脆性性材料由由于这些些独特性性能而广广泛应用用光学、、计算机机、汽车车、航空空航天、、化工、、纺织、、冶金、、矿山、、机械、、能源和和军事等等领域。。难加工材材料与结结构概述述－分类类2.分类类：1）硬脆脆性材料料根据来来源可分分为自然然和人工工硬脆性性材料；；2）根据据是否为为金属可可分为金金属硬脆脆性材料料和非金金属硬脆脆性材料料；3）根据据能否导导电可分分为导电电和非导导电硬脆脆性材料料；4）根据据材料微微观结构构可分为为晶体和和非晶体体硬脆性性材料；；难加工材材料与结结构概述述－分类类3.代表表性材料料：陶瓷和石石材是其其代表性性材料。。陶瓷是是以粘土土、长石石和石英英等天然然原料，，经粉碎碎—成形形—烧结结而成的的烧结体体。其主主要成分分是硅酸酸盐。石石材包括括天然大大理石、、花岗石石及人工工合成的的大理石石、水磨磨石等。。随着科科学技术术的不断断发展，，硬脆性性材料如如各种光光学玻璃璃、单晶晶硅、微微晶玻璃璃及陶瓷瓷等在航航空航天天及军用用设备中中应用的的越来越越广泛，，而且对对零件表表面质量量要求极极高。然然而，硬硬脆性材材料具有有低塑性性、易脆脆性破坏坏、微裂裂纹以及及引起工工件表面面层组织织易破坏坏等缺点点，使得得硬脆性性材料的的加工十十分困难难。难加加工工材材料料与与结结构构概概述述－－应应用用随着着航航空空航航天天工工业业、、核核工工业业、、兵兵器器工工业业、、化化学学工工业业、、电电子子工工业业及及现现代代机机械械工工业业的的发发展展，，对对产产品品零零部部件件材材料料的的性性能能提提出出了了各各种种各各样样的的新新的的和和特特殊殊的的要要求求。。有有的的要要在在高高温温、、高高压压力力状状态态下下工工作作，，有有的的要要耐耐腐腐蚀蚀、、耐耐磨磨损损，，有有的的要要能能绝绝缘缘，，有有的的则则需需有有高高导导电电率率。。因因此此，，难难加加工工材材料料在在这这些些工工业业中中具具有有广广泛泛的的应应用用。。（1）钛合合金具有密密度小、强强度高、能能耐各种酸酸、碱、海海水、大气气等介质的的腐蚀等一一系列优良良的力学、、物理性能能，因此在在航空、航航天、核能能、船舶、、化工、冶冶金、医疗疗器械等工工业中得到到了越来越越广泛的应应用。难加工材料料与结构概概述－应用1.钛合金记忆钛合金金镜架钛合金刀具具难加工材料料与结构概概述－应用2.高温合金低膨胀、恒恒弹性、高高弹性高温温合金精密合金高高温合金不不锈钢棒难加工材料料与结构概概述－应用3.不锈钢不锈钢阀门门氙气驾驶辅辅助灯难加工材料料与结构概概述－应用4.高强度钢六缸汽车发发动机汽车进气装装置难加工材料料与结构概概述－应用5.复合材料碳纳米管－－氧化铝纳纳米复相陶陶瓷热压氮化硼硼及其复合合材料难加工材料料与结构概概述－应用6.硬脆性材料料陶瓷刀具氧化铝陶瓷瓷基片难加工材材料与结结构概述述－难加工结结构所谓难加加工结构构是指在在常规机机床上加加工时精精度难以以保证或或必须采采用多轴轴联动才才能加工工出的结结构，如如薄壁、、深（长长）径比比大的结结构、复复杂型面面、微小小微细结结构及其其它用常常规方法法难以加加工的孔孔、槽等等结构。。难加工结结构一般般可分为为外型面面难加工工结构和和内型面面难加工工结构。。外型面难难加工结结构件主主要有：：薄壁件件、叶片片、涡轮轮盘、微微小微细细零件外外型面及及其它特特殊复杂杂的型面面。内型面难难加工结结构主要要有：蜂蜂窝结构构、阵列列孔、有有特殊要要求的小小孔、窄窄缝及其其它特殊殊复杂的的形腔结结构。难加工工材料料的加加工技技术1.钛钛合合金加加工2.高高温温合金金加工工3.不不锈锈钢加加工4.高高强强度钢钢和超超高强强度钢钢的加加工5.复复合合材料料加工工6.脆脆性性材料料加工工难加工工材料料的加加工技技术1.钛钛合合金加加工钛合金金切屑屑形成成过程程大致致可分分为三三个阶阶段，，1））因受受到前前刀面面的挤挤压，，被切切材料料会产产生弹弹性变变形，，在切切屑前前上方方有时时也可可能出出现微微小的的破裂裂面。。2））进一一步受受到前前刀面面的挤挤压，，于是是在材材料上上方隆隆起一一块材材料。。3））这块块隆起起的材材料在在与切切削速速度呈呈φ角度很很窄的的区域域产生生应力力集中中剪切切变形形。局局部或或全部部断裂裂，形形成节节状切切屑流流出。。图10.2.1为为钛合合金切切屑形形成阶阶段模模型。。难加工工材料料的加加工技技术1.钛钛合合金加加工－－方法法钛合金金的车车削钛合金金的铣铣削钛合金金的磨磨削钛合金金的高高速切切削钛合金金的特特种加加工难加工工材料料的加加工技技术2.高高温合合金加加工1.简简介对于镍镍合金金及钴钴合金金等高高温合合金来来说，，耐高高温的的特性性直接接提高高了加加工难难度。。在加加工时时的大大切削削力和和高温温共同同作用用下，，刀具具产生生碎片片或变变形，，进而而断裂裂。此此外，，此类类合金金会迅迅速产产生加加工硬硬化现现象。。工件件在加加工时时产生生的硬硬化表表面会会导致致刀具具切削削刃在在切深深处产产生缺缺口，，并使使工件件产生生不良良应力力，破破坏加加工零零件的的几何何精度度。由由于高高温合合金的的特殊殊性能能使得得它加加工起起来比比较困困难。。难加工工材料料的加加工技技术2.加加工工性能能（1））切削削加工工性差差（2））切削削变形形大塑塑性性很大大，有有的延延伸率率δ≥40％，，其切切削变变形系系数约约为45钢钢的1.5倍。。（3））加工工硬化化倾向向大切切削削试验验表明明，vc越高，f越小，加加工硬化化越小。。（4）切切削力大大切削削高温合合金时，，切削力力的各项项分力均均大于45钢，，极易引引起振动动。（5）切切削温度度高切切削高温温合金时时，由于于材料本本身的强强度高、、塑性变变形大、、切削力力大、消消耗功率率多、产产生的热热量多，，而它们们的导热热系数又又较小，，所以切切削温度度比切削削45钢钢和不锈锈钢都高高得多。。（6）刀具具易磨损切切削高温温合金时，，刀具磨损损严重（7）表面面质量和精精度不易保保证难加工材料料的加工技技术2.高温合合金加工3.改善高高温合金切切削加工性性的措施（1）尽量量在硬化期期前加工合合金（2）使用用锋利的锐锐角切刃的的刀具（3）使用用强度高的的几何外形形刀具（4）采取取提高刚度度措施的刀刀具（5）防止止工件偏移移（6）在钻钻削加工中中，采用较较大的导程程角（7）当走走刀次数较较大时，改改变切削深深度难加工材料料的加工技技术2.高温合合金加工4.高温温合金加工工刀具1.无涂层层硬质合金金刀具2.涂层硬硬质合金刀刀具3.陶瓷刀刀具4.立方氮氮化硼（CBN）刀刀具难加工工材料料的加加工技技术2.高高温合合金加加工5.高高温合合金加加工刀刀具几几何参参数的的选择择1.前前角02.后后角03.主主偏角角r的选择择4.刃刃倾角角s的选择择难加工工材料料的加加工技技术3.不不锈钢钢加工工1.不不锈钢钢的相相对加加工性性加工特点形成原因备注切削力大强度和硬度与中碳钢相近，塑性较高，尤其是奥氏体不锈钢，延伸率超过45钢的1.5倍以上，切削时塑性变形大，使切削力增加，而不锈钢加工硬化严重，热强度高，增加了切削抗力车削1Cr18Ni9Ti的单位切削力比正火状态的45钢约高25%切削温度高塑性变形大，与刀具间的摩擦也大，产生的切削热多而不锈钢的导热系数较低，如1Cr18Ni9Ti的导热系数只有45钢的1/3，散热条件较差，因此切削温度较高在同样条件下，切削不锈钢时的切削温度比切削45钢约高200～300℃加工硬化严重以奥氏体不锈钢和奥氏体—铁素体不锈钢最为突出，随着硬化后强度的提高，屈服强度也升高例如，退火状态奥氏体不锈钢强度不超过屈服强度的30%～45%，而加工硬化后达85%～95%，不仅使切削力大大增加，而且使刀具和被切金属间的摩擦力以及刀具的磨损加剧，同时使表面质量降低刀具易磨损切屑与前刀面的接触长度约为切削碳钢时的65%～70%，造成应力集中在切削刃附近，使刀具易崩刃。此外由于接触长度小，切削热也集中在切削刃附近，造成温度高，从而使刀具磨损加快—切屑不易卷曲和折断由于不锈钢的塑性高，韧性大，而且高温强度高，切削时切屑不易折断—容易粘刀和形成积屑瘤不锈钢的塑性大，粘附性强，因而在切削过程中容易形成积屑瘤，使表面光洁度降低。含碳量较低的马氏体不锈钢，这一特点尤为明显线膨胀系数较大—切削过程中，切削温度高，工件易变形，尺寸精度较难控制难加工工材料料的加加工技技术3.不不锈钢钢加工工2.不不锈钢钢的机机械加加工1）不不锈钢钢的车车削加加工2）不不锈钢钢的铣铣削加加工3）钻钻削加加工4）铰铰削加加工5）攻攻螺纹纹6）磨磨削加加工难加工工材料料的加加工技技术4.高强度度钢和和超高高强度度钢的的加工工1.高高强度度钢和和超高高强度度钢的的切削削加工工特点点：高强度度钢和和超高高强度度钢切切削加加工难难度大大，主主要表表现在在切削削力大大、切切削温温度高高、刀刀具磨磨损快快、刀刀具耐耐用度度低、、生产产率低低和断断屑困困难。。由于于它们们的硬硬度高高、强强度高高，塑塑性相相对较较低，，故与与塑性性高、、强度度低的的工件件材料料相比比，已已加工工表面面质量量一般般不成成问题题。主要切切削特特点：：1）切切削力力大2）切切削温温度高高3）刀刀具易易磨损损和刀刀具耐耐用度度低4）断断屑性性能难加工工材料料的加加工技技术4.高强度度钢和和超高高强度度钢的的加工工2.改改善高高强度度和超超高强强度钢钢切削削加工工性的的措施施对高强强度钢钢、超超高强强度钢钢进行行高效效和保保证质质量的的切削削加工工，必必须采采取有有效的的措施施，应应采用用先进进、适适用的的刀具具材料料，应应选用用合理理的刀刀具几几何参参数和和合理理选择择切削削用量量等措措施。。主要措措施：：1.采采用先先进、、适用用的刀刀具材材料2.选选用合合理的的刀具具几何何参数数3.选选用合合理的的切削削用量量3.高高强度度和超超高强强度钢钢铰削削加工工1.刀刀具具材料料的选选择2.切切削用用量的的选择择难加工工材料料的加加工技技术4.高强度度钢和和超高高强度度钢的的加工工0.056～15˚-5～-15°6～15˚0.1～0.3111111～2A-A-10～-15˚5～30°BAA1～1.51˚30～2˚B硬质合合金铰铰刀难加工工材料料的加加工技技术4.高强度度钢和和超高高强度度钢的的加工工硬质合合金铰铰刀的的切削削用量量工件材料强度σb/MPa切削速度vc/（mmin-1）孔径（mm）转速n/（rmin-1）11306010～15600～118012505513245020～30375～75014254015203030～80375～600166820难加工工材料料的加加工技技术4.高强度度钢和和超高高强度度钢的的加工工4.高高强度度和超超高强强度钢钢钻削削加工工1.钻钻头的的选择择钻削高高强度度钢时时，可可选用用高性性能高高速钢钢麻花花钻或或硬质质合金金钻头头。钻钻削超超高强强度钢钢时，，一般般采用用硬质质合金金钻头头。高高速钢钢麻花花钻，，可选选用群群钻或或修磨磨成三三尖刃刃形的的钻头头。为为了提提高钻钻头的的刚度度，应应适当当增加加钻心心厚度度，减减小悬悬伸量量，螺螺旋角角也应应小一一些，，一般般为17～～30°。。选用用硬质质合金金钻头头时，，可加加大顶顶角，，以改改善排排屑。。难加工工材料料的加加工技技术2.切切削用用量的的选择择钻削高高强度度和超超高强强度钢钢时，，比钻钻削一一般钢钢材的的切削削速度度低50%左右右。选选用高高速钢钢钻头头钻孔孔时，，一般般取vc=10～15m/min，当当工件件材料料的硬硬度HRC大于于45时，，切削削速度度更低低。进进给量量为f=0.03～～0.3mm/r（（钻头头直径径小时时取小小值））。采采用硬硬质合合金钻钻头时时，可可选较较高的的切削削速度度，但但不能能太高高，必必须考考虑工工件材材料的的硬度度对钻钻头耐耐用度度的影影响。。当工工件材材料的的硬度度HRC大大于50时时，钻钻头的的速度度应小小于30m/min，进进给量量f=0.03～～0.3mm/r。。难加工工材料料的加加工技技术4.高强度钢和和超高强度度钢的加工工5.高强度度和超高强强度钢铣削削加工1.刀具及及其参数的的选择铣削时应选选强度高、、耐冲击和和耐热性好好的刀具材材料，如高高性能高速速钢和硬质质合金，也也可以选择择热压陶瓷瓷刀具。选选择刀具几几何参数时时，要充分分考虑这种种钢的切削削特点，应应减小主偏偏角，增大大刀尖圆弧弧半径，切切深前角和和进给前角角应小于零零（高速钢钢铣刀除外外）。硬质质合金和陶陶瓷刀具的的刃口应倒倒棱，以增增加刃口的的强度。难加工材料料的加工技技术2.切削用用量的选择择高强强度度钢钢和和超超高高强强度度钢钢的的品品种种很很多多，，其其强强度度和和硬硬度度也也有有很很大大的的差差异异。。铣铣削削时时应应根根据据不不同同加加工工对对象象和和加加工工条条件件，，合合理理选选择择切切削削用用量量。。在在选选择择切切削削速速度度时时，，在在工工件件材材料料的的强强度度和和硬硬度度较较高高的的情情况况下下，，应应适适当当降降低低切切削削速速度度，，减减小小刀刀具具每每齿齿进进给给量量，，按按工工件件材材料料的的强强度度选选择择铣铣削削速速度度，，按按工工件件材材料料的的硬硬度度选选择择铣铣削削用用量量。。难加工材料料的加工技技术5复合材材料加工1.聚合物物基复合材材料的加工工聚合物基复复合材料包包括颗粒增增强和纤维维增强两大大类，其中中颗粒增强强类复合材材料易在材材料内部产产生较大的的应力集中中，目前其其制备技术术仍处于研研究阶段，，应用较少少。因此，，以下着重重讨论FRP的加工工。2.FRP的切削加加工特点（1）切削削温度高（2）刀具具磨损严重重、耐用度度低（3）产生生沟状磨损损（4）产生生残余应力力（5）要控控制切削温温度难加工材料料的加工技技术5复合材材料加工3.FRP的孔加工工和切割加加工A.孔加工工在纤维复合合材料构件件的连接中中，机械连连接占据着着重要的地地位。因此此，当复合合材料构件件装配时，，需加工出出成千上万万个紧固件件孔，紧固固件孔不仅仅数量多、、质量要求求高，而且且难度大，，是复合材材料加工中中最难的加加工工序之之一。由于于复合材料料层合板的的主要特点点之一是层层间剪切强强度低，这这使得钻孔孔中轴向力力容易产生生层间分层层，如不加加以防范，，就会导致致昂贵的复复合材料构构件的报废废。复合材材料制孔的的另一个主主要问题是是碳纤维材材料质点的的硬度高，，相当于高高速钢的硬硬度，因此此对刀具的的磨损十分分严重，刀刀具耐用度度很低。难加工工材料料的加加工技技术我国现现有材材料、、工艺艺条件件下的的制孔孔质量量标准准如下下：1）表表面层层没有有分层层，孔孔入口口处不不应有有分层层，孔孔边缘缘毛刺刺应清清除；；2））沉头头窝与与孔的的同轴轴度不不大于于0.08mm；3）孔孔壁损损伤允允许范范围深深0.25mm，宽宽0.33mm，长长度不不超过过孔或或沉头头窝圆圆周长长的25%；4）孔孔出口口边缘缘与孔孔夹层层边缘缘毛刺刺必须须清除除；5）孔孔出口口边损损伤有有一定定允许许范围围。难加工工材料料的加加工技技术5复复合材材料加加工3.FRP的孔孔加工工和切切割加加工B.切切割加加工FRP零部部件生生产中中切断断也是是主要要加工工工序序。常常用的的切割割方式式有机机械切切割、、高压压水切切割、、超声声波切切割和和激光光切割割等。。机械械切割割工具具包括括砂轮轮片及及各种种锯等等，其其刀具具转速速和进进刀量量要根根据板板材厚厚度和和切割割方法法来确确定。。高压压水切切割的的特点点是切切口质质量高高、结结构完完整性性好、、速度度快。。激光光切割割的特特点是是切缝缝小、、速度度快、、能节节省原原材料料和可可以加加工形形状复复杂的的工件件难加工材材料的加加工技术术5复合合材料加加工4.金属属基复合合材料的的加工方方法金属基复复合材料料（Metal-matrixcomposite，，简称MMC））可分为为颗粒增增强复合合材料、、长纤维维增强复复合材料料和短纤纤维（或或晶须））增强复复合材料料。1.切削削加工特特点2.MMC的孔孔加工与与切割加加工A.孔加加工B.切割割加工难加工材材料的加加工技术术5复合合材料加加工切削加工工特点：：金属基长长纤维增增强复合合材料的的切削加加工有与与FRP相似的的特点。。金属基基短纤维维增强复复合材料料的切削削加工却却有着很很多独特特特点。。实验表表明，切切削加工工金属基基短纤维维增强复复合材料料时，在在其加工工面上会会残存很很多与增增强纤维维直径对对应的孔孔沟。用用金刚石石单晶刀刀具切削削SiC短纤维维增强铝铝合金复复合材料料SiCw/6061时，加加工表面面上的孔孔沟数与与纤维含含有率有有关，纤纤维含有有率越高高，孔沟沟越多。。难加工材材料的加加工技术术5复合合材料加加工MMC的的孔加工工与切割割加工－－A.孔孔加工在MMC上钻孔孔时：（1）高高速钢钻钻头以后后刀面磨磨损为主主，且可可见与切切削速度度方向一一致的条条痕，这这与在FRP上上钻孔相相似，主主要是磨磨料磨损损所致，，VB值随切削削路程增增大而增增加，随随f增大而减减小，而而vc（vc＜40m/min＝对对VB影响不大大。（2）在在K10、K20、高高速钢及及TiN涂层高高速钢钻钻头等四四种钻削削试验中中，K10最耐耐磨。难加工材材料的加加工技术术（3）因因K10钻头磨磨损小，，故随孔孔数增加加，轴向向力几乎乎不增大大，扭矩矩略有增增加，但但TiN涂层钻钻头扭矩矩增加较较多，孔孔表面粗粗糙度值值较小。。（4）孔孔即将钻钻透时，，应减小小进给量量，以免免损坏孔孔出口。。（5））PCD钻钻头头用用于于金金属属基基颗颗粒粒增增强强复复合合材材料料的的较较大大直直径径孔孔钻钻削削时时效效果果较较好好。。试试验验表表明明，，切切削削速速度度vc为50～200m/min，，进给给量f为0.05～0.2mm/r，并并使用用冷却却液时时，可可以获获得较较高钻钻削质质量。。难加工工材料料的加加工技技术5复复合材材料加加工MMC的孔孔加工工与切切割加加工－－B.切割割加工工在MMC上钻钻孔时时：前面介介绍的的激光光、水水射流流等特特种加加工方方法也也可以以用于于金属属基复复合材材料的的切割割，这这里主主要介介绍用用于金金属基基复合合材料料切割割的电电火花花加工工和电电子束束加工工。电火花花加工工主要要用于于金属属基复复合材材料和和其它它具有有良好好导电电性能能的复复合材材料的的切割割。与与其它它大多多数切切割方方法相相比，，这种种方法法不会会产生生微裂裂纹，，因而而可减减少疲疲劳致致损，，加工工出的的表面面粗糙糙度优优于Ra0.25mm。电火火花加工存存在的一个个主要问题题是工具磨磨损太快，，这无形中中就增加了了加工成本本。难加工材料料的加工技技术金属基纤维维增强复合合材料可以以用各种能能量的电子子束加工，，沿纤维轴轴向切割或或短纤维复复合材料切切割，纤维维无须断裂裂，只要对对基体切割割、熔化或或蒸发就行行了。当电电子束能量量足够大时时，就能使使长纤维复复合材料中中的纤维熔熔融、气化化，更确切切的说，就就是在电子子束产生的的机械和热热应力作用用下纤维发发生了断裂裂。电子束束切割的缺缺点是切割割过程中会会发生微结结构损坏，，会产生裂裂纹和界面面脱粘。难加工材料料的加工技技术6.硬脆性材料料加工1.脆性材材料超精密密加工：1.抛光加加工2.超精密密车削加工工3.微波和和超声波加加工4.离子束束和激光加加工5.超精密密磨削加工工6.在线电电解修整（（ELID）磨削7.MEEC（电解解电火花磨磨削）加工工难加工材料料的加工技技术6.硬脆性材料料加工2.陶瓷材材料的加工工：（1）陶瓷瓷材料具有有很高的硬硬度（2）陶瓷瓷是典型的的硬脆材（3）陶瓷瓷材料的切切削加工性性，依其种种类、制造造方法的不不同有很大大差别。（4）陶瓷瓷材料常温温下几乎无无塑性。（5）切削削陶瓷材料料时的单位位切削力比比切削一般般金属材料料时大得多多，刀具切切入困难。。（6）切削削陶瓷材料料时，刀具具磨损严重重。难加工材料料的加工技技术工程陶瓷的的机械加工工仍普遍使使用传统的的加工方法法，用金刚刚石磨轮磨磨削、研磨磨和抛光。。磨削特点点有：1）磨轮磨磨损大，磨磨削比小；；2）磨削力力大，磨削削效率低；；3））磨磨削削后后陶陶瓷瓷零零件件强强度度降降低低。。较先先进进的的磨磨削削方方法法有有：：1））采采用用新新型型金金刚刚石石磨磨轮轮磨磨削削；；2））复复合合磨磨轮轮磨磨削削法法；；3））超超声声波波振振动动磨磨削削法法。。难加加工工材材料料的的加加工工技技术术6.硬脆性性材料料加工工3.石石材的的加工工：：难加工工结构构的加加工技技术本章主主要内内容：：1.薄薄壁件件加工工2.叶叶片及及涡轮轮盘加加工3.阵阵列孔孔及微微孔加加工难加工工结构构的加加工技技术1.薄薄壁件件加工工1.机机械加加工难难点难加工工结构构的加加工技技术1.薄薄壁件件加工工2.解决问问题的的途径径：1.加工前前预处处理及及加工工后调调整A.毛毛坯初初始残残余应应力消消除与与均匀匀化技技术B.加加工变变形的的后期期校正正2.优优化调调整加加工工工艺方方案A.优优化装装夹方方案B.切切削用用量和和走刀刀路径径的优优化C.其其它工工艺措措施难加工工结构构的加加工技技术3.采采用高高速加加工技技术4.考考虑其其它加加工方方法A.使使用特特殊的的机床床、刀刀具进进行薄薄壁零零件加加工B.化化学铣铣削加加工难加工工结构构的加加工技技术1.薄薄壁件件加工工3.加加工效效果比比较：：薄壁类类零件件由于于其结结构特特点，，容易易在加加工时时产生生加工工变形形，因因而难难以用用常规规的方方法进进行加加工。。上面面所述述及的的几种种加工工方法法中，，使用用特殊殊的机机床、、刀具具进行行加工工对加加工变变形控控制较较为理理想，，但由由于要要采用用专用用机床床、刀刀具，，增加加了制制造成成本，，通用用性也也差。。优化化工装装参数数、加加工路路径等等工艺艺参数数只针针对特特定零零件，，需要要较长长时间间摸索索，对对经验验的依依赖性性较强强。化化学铣铣削加加工出出的薄薄壁零零件消消除了了前几几种方方法引引入的的附加加残余余应力力（铣铣削残残余应应力、、装夹夹应力力等））的影影响，，但表表面质质量不不易控控制。。目前前，国国内外外大都都采用用高速速铣削削的方方式来来加工工薄壁壁件，，但由由工件件原始始残余余应力力及装装夹应应力引引起的的加工工变形形仍然然没有有很好好地得得到解解决。。难加工工结构构的加加工技技术2.叶片及及涡轮轮盘加加工1.叶叶片及及涡轮轮盘加加工中中存在在的问问题：：在航空空燃气气涡轮轮发动动机中中，涡涡轮部部件的的工作作条件件最为为苛刻刻，特特别是是涡轮轮转子子，要要在高高温、、高压压、高高转速速和高高气流流速度度下工工作，，其工工件材材料难难以机机械切切削，，工件件加工工空间间又十十分有有限，，所以以很难难采用用传统统的机机械方方式进进行加加工。。涡轮轮转子子的工工作能能力直直接影影响发发动机机的基基本性性能和和可靠靠性。。叶片片是航航空发发动机机制造造中最最关键键的零零件，，是喷喷气发发动机机和气气轮机机设备备中的的重要要零件件，叶叶身型型面形形状复复杂而而且要要求精精度高高，加加工批批量大大。采采用常常规的的机械械加工工方法法进行行加工工时，，必须须先经经精密密铸造造，然然后加加工，，抛光光后镶镶嵌至至叶轮轮的榫榫槽中中，再再焊接接而成成，其其劳动动量占占全机机的30％％以上上，而而且材材料难难加工工、形形状复复杂、、薄壁壁易变变形。。难加加工工结结构构的的加加工工技技术术2.叶片片及及涡涡轮轮盘盘加加工工2.涡涡轮轮盘盘叶叶片片的的铣铣削削加加工工方方法法：：1.铣铣削削叶叶片片难加工结结构的加加工技术术2.叶片及涡涡轮盘加加工2.涡轮轮盘叶片片的铣削削加工方方法：：2.叶片片弯曲成成形为了提高高叶片在在弯曲时时的塑性性，避免免产生裂裂纹，在在机加工工后安排排零件热热处理（（淬火））工序。。热处理理后将零零件安装装在弯曲曲模具上上，用比比零件材材料软的的木制工工具均匀匀地进行行弯曲，，直到与与胎具吻吻合为止止。考虑虑到在弯弯曲过程程中有一一定的回回弹量，，叶片不不能与模模具完全全贴合，，所以在在设计模模具时应应给零件件留出0.1mm的回回弹量，，即零件件的叶片片和模具具有0.1mm的间隙隙。弯曲曲后的叶叶片经X光、荧荧光探伤伤检查，，没有裂裂纹、夹夹渣等缺缺陷，零零件质量量完全达达到设计计图纸要要求。在在无专用用机床设设备的条条件下，，采取上上述工艺艺措施，，完成了了涡轮盘盘叶片的的加工，，保证了了产品质质量。难加工结结构的加加工技术术2.叶片及涡涡轮盘加加工3.叶片片的电解解加工方方法：：70年代代叶片工工艺发生生重大变变革，电电解加工工成为叶叶片加工工的主要要工艺，，取得了了显著的的技术经经济效果果，突出出体现在在高效、、低成本本上。例例如英国国R.R公司加加工RB2l1涡轮叶叶片的机机动时间间仅2min/片，我我国某航航空发动动机厂涡涡轮叶片片加工由由传统的的切削工工艺改为为电解加加工后，，其单件件工时降降到原有有的1/10。。由于电电解加工工叶片所所取得的的突出成成效，因因而从70年代代起得到到了广泛泛地应用用，迄今今电解加加工已成成为国内内外航空空发动机机叶片加加工中主主要的、、不可缺缺少的工工艺。因因此叶片片也就成成了电解解加工中中数量最最大的加加工对象象，当前前我国绝绝大部分分航空发发动机叶叶片毛坯坯仍为有有余量的的锻件或或铸件，，其中叶叶身加工工大部分分均采用用此法。。难加工结结构的加加工技术术2.叶片及涡涡轮盘加加工4.多轴轴数控加加工：随着数控控技术的的发展，，近年来来多轴连连动数控控加工中中心的性性能不断断提高，，多轴数数控编程程技术也也取得了了很大进进步。因因此，采采用多轴轴数控加加工方法法对叶片片及整体体叶轮进进行加工工，在工工业发达达国家已已逐渐成成为主流流。难加工结结构的加加工技术术3.阵列孔及及微孔加加工在有些特特殊的零零件上，，存在数数以千计计的孔。。如果用用传统的的钻削方方法进行行加工，，不但加加工效率率低，而而且位置置精度也也难以保保证。有有的孔为为非直母母线，有有的孔为为微小直直径，很很难采用用普通钻钻削方法法进行加加工。本本节介绍绍在阵列列孔及微微孔加工工中的一一些工艺艺措施和和新技术术。主要技技术：：1.应应用钻钻模板板技术术2.采采用照照相电电解加加工3.用用激光光加工工密集集群孔孔4.采采用电电子束束加工工小孔孔5.电电铸加加工非非直母母线孔孔难加工工结构构的加加工技技术3.阵列孔孔及微微孔加加工1.应应用钻钻模板板技术术：：直升机机上舰舰是海海军军军事装装备现现代化化的重重要标标志之之一。。直升升机要要安全全、可可靠的的实现现上舰舰，就就必须须实现现直升升机的的快速速系留留。直直升机机的快快速系系留是是通过过着舰舰格栅栅面板板上的的1000多个个系留留孔来来实