[01320063]典型难加工合金材料切削关键技术及刀具开发与应用

1、课题来源与背景 课题来源：国家自然科学基金面上项目：高压冷却下PCBN刀具切削高温合金切削层特性及其表面完整性研究 研究背景：面向高端装备制造业发展的重大需求,对典型关键零部件的加工质量提出了更高的要求,钛合金、高温合金、耐热高强钢等是用于制造高端零部件和重型装备的典型难加工合金材料,其耐高温、高强度等特性给加工制造带来了很大的困难,目前,这些零部件制造的关键技术大多为欧美日等国家垄断。刀具作为切削加工的主体之一,在解决难加工材料的加工问题中起着至关重要的作用。 2、研究目的与意义 高品质的零部件要求具有更优异的性能、更低的成本和更高的环保性,而加工工艺要求具有更快的加工速度、更高的可靠性、高重复精度和可再现性,因此,装备制造行业对高可靠性、高效切削刀具和高效切削加工技术有比较大要求,难加工材料典型零件的切削加工及刀具国产化化问题已经成为高端装备制造领域的一个关键问题。为尽快实现高端典型零件的国产化制造,打破国外垄断,实现国产化替代,深入研究难加工合金材料切削机理并针对性进行刀具开发及应用推广是亟需解决的重要课题题。针对航空航天、重型装备制造等行业设备制造过程中难加工材料典型零件加工刀具失效严重、生产效率低等关键技术问题,本项目主要解决难加工合金材料切削加工与刀具技术问题,对钛合金、高温合金、耐热高强钢等难加工材料高效切削技术进行了深入研究,设计开发的系列刀具在实际生产中得到了应用,提高了加工效率,取得了良好的经济效益。 3、主要科技创新 （1）基于高压冷却技术,建立了高温合金切屑卷曲折断理论模型,提出了PCBN刀具高压冷却切削高温合金切屑变形控制技术,有效解决了高温合金断屑难的问题,为高效切削加工高温合金材料提供了技术支撑; （2）针对耐热高强钢508Ⅲ钢材料的难加工性,提出了基于损伤力学并采用刀具损伤变量这一重要概念来探究刀具失效机理的方法,揭示了刀具损伤失效本质,提出了重型高效切削铣刀最优化运动幅叠加距离的计算方法,丰富和完善了难加工材料大型零件重型高效铣削理论与基础数据; （3）针对航空航天钛合金整体复杂结构件框、梁、舱口等的高效加工,提出了整体硬质合金刀具设计的优化方法,开发了整体硬质合金系列化刀具,有效解决了制约钛合金高效加工的技术难题; （4）提出了整体叶盘盘铣-插铣-侧铣一体化高效加工方法,开发了特殊构型的变切宽三面刃铣刀、双后角内冷式抗振侧铣刀等专用刀具,有效提高了整体叶盘类零件难加工材料的加工效率。 4、社会经济效益 经济效益：针对典型难加工合金材料加工开发的钛合金加工系列刀片、方肩铣APMT系列铣刀片、RDMW系列圆刀片、SNEU系列铣削刀片、LNMT系列铣削刀片及LNE齿轮加工系列刀片等产品由厦门金鹭特种合金有限公司、中国航发哈尔滨东安发动机有限公司、航天海鹰（哈尔滨）钛业有限公司进行示范应用、成果转化和销售推广,近三年,新增利润21495万元,节支总额2330万元,且后续市场销售前景较好。 社会效益：研究成果可为航空航天典型零件的数控加工刀具设计与开发、刀具几何结构设计、刀具参数优化和工艺参数优化等技术开展研究提供支撑,实现刀具性能稳定性和可靠性的提高,为国产刀具性能的可靠性和稳定性稳步提升提供支持。目前,制造业进口先进刀具的应用达到了80%左右,已经形成对外国刀具的强依赖现状,这种强依赖会产生严重的经济性问题和战略性问题。本课题的研究成果可以减少刀具、刀片进口,节约外汇,对促进企业切削加工设备的高效使用起到积极作用。