航空发动机模具的高速铣削

对于淬硬模具钢，高速铣削速度应在300~6000m/min范围内。通常采用的切削方案为：高切削速度、中进给量和小切削深度。但实际加工中，并不是切削速度越高，效果越好。要对工件、刀具以及设备综合考虑，制订合理的加工方案。需要指出的是，对于叶片模具小半径、狭窄的型腔或轮廓加工, 为了达到高的轮廓精度, 仍需要较大的进给速度，尤其是对于高硬淬火钢材料。若进给速度过低，铣刀可能会因热过载而失去切削能力。

高速铣削时，应尽量选用顺铣加工，因为在顺铣时，刀具刚切入工件产生的切屑厚度为最大，随后逐渐减小。在逆铣时，刀具刚切入工件产生的切屑厚度为最小，随后逐渐增厚，这样增加了刀具与工件的摩擦，在刀刃上产生大量热，所以在逆铣中产生的热量比在顺铣时多很多，径向力也大大增加。同时在顺铣中，刀刃主要受压应力，而在逆铣中刀刃受拉应力，受力状态较恶劣，降低了刀具的使用寿命。

铣削型腔曲面时，刀具可以是Z向垂直进/退刀，曲面法向的进/退刀，曲面正向与反向的进/退刀和斜向或螺旋式进/退刀等[9]。在实际加工中，可以采用曲面的切向进刀或更好的螺旋式进刀。而螺旋式进刀切入材料时，如果加工区域是上大下小，螺旋半径会随之减小以进刀到指定深度。若叶片型腔带有敞口，此时应尽量从材料的外面走刀，以实时分析材料的切削状况。而对于没有型腔的封闭区域，采用螺旋进刀方式，在局部区域切入。

高速切削要保证刀路的方向性，当曲面曲率变化大时，应以最大曲率半径方向作为最优走刀方向；曲面曲率变化小时，曲率半径对走刀方向的影响减弱，宜选择单条刀轨平均长度最长的走刀方向。

在保证加工精度的前提下，应减少空走刀时间，尽可能增加切削时间在整个工件中的比例，以提高加工效率。目前国内航空业的高速切削加工主要采用回路切削，即通过不中断切削过程和刀具路径，减少刀具的切入和切出次数，以获得稳定、高效、高精度的切削过程。可以采用环切、螺旋切削，或者分步环切法走刀。

锯齿状切屑是高速铣削淬硬钢材料时常常产生的切屑类型。锯齿状切屑的产生会造成切削力的周期性循环变换和高频振动，影响刀具寿命，使刀具过早失效。对于锯齿状切屑的产生机理，目前存在绝热剪切和周期脆性断裂2种理论体系。文献[3]认为，当切削速度提高到一定临界值时，由于温度升高而导致的材料热软化作用大于形变强化作用，切屑形态由连续带状转变为剪切带均匀间隔分布的锯齿状切屑。

锯齿状切屑的变形程度在很大程度上决定了淬硬模具钢的加工难易程度。材料硬度越高，切屑形态由连续带状转变为锯齿状的切削速度越低。针对不同硬度的工件材料，通过优化切削速度、每齿进给量和切削深度等加工条件组合，可以控制切屑形态为连续带状。

结论

（1）叶片精密铸模和精密锻模的制造是航空发动机叶片制造的重要工艺准备工作。高速铣削由于能直接加工淬硬材料，从而取代了传统工艺中的电火花加工和磨削加工，并减少了钳修工作，延长了模具寿命。

（2）PCBN刀具和涂层硬质合金刀具材料在叶片模具高速铣削中应用较多，其中TiAlN涂层材料有其独特的优点，应用潜力大。整体式平底立铣刀和球头铣刀，适合于叶片模具型面的加工。

（3）高速铣削参数是影响工件加工精度和效率的重要因素，其选择目前仍依赖于经验。铣削方式建议采用顺铣。型腔曲面加工时，应慎重选择进刀/退刀方式文献[3]认为，当切削速度提高到一定临界值时，由于温度升高而导致的材料热软化作用大于形变强化作用，切屑形态由连续带状转变为剪切带均匀间隔分布的锯齿状切屑。

锯齿状切屑的变形程度在很大程度上决定了淬硬模具钢的加工难易程度。材料硬度越高，切屑形态由连续带状转变为锯齿状的切削速度越低。针对不同硬度的工件材料，通过优化切削速度、每齿进给量和切削深度等加工条件组合，可以控制切屑形态为连续带状。