航空发动机零件普遍具有材料和结构的双重难加工特性，加工刀具成本高，加工质量和加工效率亦难以保证。如何有效地评估刀具的切削性能和优选刀具已成为国内航空发动机制造领域亟待解决的技术难题之一。

　　为此，南京航空航天大学以航空发动机整体叶盘、机匣以及盘轴等典型零件为研究对象，提出了一种面向航空发动机典型零件的刀具性能综合评价方法，针对粗、精加工过程，选取不同的刀具性能评价指标，利用灰色系统理论分别构建了粗、精加工刀具性能综合评价模型。 

　　锚定加工难点 

　　钛合金和高温合金本身具有优越的综合性能，是加工航空发动机典型零件的理想材料，但典型零件包含材料和结构双重难加工性，对切削加工的刀具提出了严峻挑战。选择合适的刀具对于提高典型零件的加工效率，保证加工质量稳定性至关重要。同时，刀具材料、涂层技术和刀具结构的快速创新推动了切削加工技术的快速发展，为提高加工效率，保证加工质量和降低生产成本提供了强大支撑。因此，通过评价刀具性能来实现刀具优选就变得格外重要。 

　　整体叶盘的工艺难点诸多，主要是尺寸大，范围宽，结构复杂，外径轮廓直径一般在600毫米~1200毫米之间，需要较大规格的加工设备，且整体叶片的盘和叶片采用一体化设计结构，叶片为空间自由曲面，尤其是风扇整体叶盘的叶片，为宽弦、大扭角，通道开敞性差，鼓筒与叶片连接处型面较为复杂，机械加工难度很大，确定五轴加工方式、解决多约束加工干涉、计算复杂刀轴矢量计算等至关重要问题。 

　　同时，整体叶盘尺寸、形位公差和表面粗糙度设计精度高，其尺寸和形位公差一般要求在自由状态下检测，而整个加工过程零件处于限位状态，两者的状态会有一定的差异，因此，加工过程会扣严公差，导致加工难度更大。整体叶盘的叶片部分是悬臂结构，叶片壁厚又薄，整体叶盘的刚性比较弱，在加工过程中容易产生颤振和变形，因此，在夹具设计和加工工艺方面需要采取一定的措施，来解决颤振和加工变形问题以提高切削刚性。整体叶盘的材料多为钛合金或高温合金，这样的难加工材料，切削加工困难，需要选择适合整体叶盘切削加工的刀具材料、刀具结构及几何尺寸。 

　　三步工艺完成 

　　此次，南京航空航天大学作为研究选定的整体叶盘基准件材料为钛合金TC4，轮廓尺寸为100毫米×53毫米×63毫米，叶片高度为30毫米，最薄处小于2毫米，流道圆弧半径为480毫米，转接圆弧半径为4毫米，底部装夹高度为30毫米。 

　　为了提高粗铣加工的效率和保证加工稳定性，整体叶盘基准件将叶片的自由曲面简化为直纹面来降低粗铣加工的难度，可实现四坐标铣加工叶片。该基准件忽略次要特征，包含了整体叶盘叶片和流道两种最典型结构特征。 

　　刀片的选择是以德国瓦尔特刀片和别的品牌刀片对比进行。在工艺路线与加工选择上，粗加工策略的目的是完成叶片之间主要加工余量的去除以及叶片后续加工余量的均匀化。为此，整体叶盘基准件粗加工开槽采用大进给刀具，采用型腔铣，封闭区域螺旋进刀，开放区域线性进刀，余量为0.6mm。在刀具选择上，加工采用了德国瓦尔特机夹式可转位大进给刀片和另一品牌刀片。 

　　随后的半精加工通常是平滑光整地加工粗加工后的残留加工面，或者是对拐角处进行清角，从而使工件加工表面余量均匀，为精加工作好准备。整体叶盘基准件叶片顶部半精加工采用平面铣，去除叶片顶端余量，封闭区域螺旋进刀，开放区域线性进刀。 

　　最后的精加工阶段，目的是为了保证良好的加工质量和尺寸精度，精加工直接决定了实际的加工效果是否能够达到实际需求。 

　　精加工时，分别采用不同的方法先加工叶片特征，后加工流道特征。叶片采用可变轮廓铣，曲面驱动方法，投影矢量为朝向驱动体，刀轴采用侧刃驱动体，侧倾角为10o，进刀方式为线性-垂直于部件。流道也采用可变轮廓铣，曲面驱动方法，投影矢量为朝向驱动体，刀轴采用垂直于驱动体。进刀方式为圆弧-垂直于部件。 

　　根据所制定的加工策略以及刀具的切削参数，最终加工出整体叶盘基准件（共两块）以验证不同刀具的切削性能。 

　　粗加工各刀片结果来看，典型结构特征对于刀具的性能有着重大的影响，同一种刀具加工不同的结构特征将会体现出不同的切削性能，故有必要针对不同的结构特征优选刀具，提高加工效率的同时并保证加工质量及稳定性。

　　且在精加工整体叶盘基准件的叶片和流道特征时，瓦尔特4齿球头刀具的综合切削性能均优于其他品牌齿球头刀具的综合切削性能。 

　　优势技术能力，一直是瓦尔特对外的宣传口径。作为金属切削领域的优秀供应商，瓦尔特一直以创新者的姿态引领行业变革，优势技术能力这一品牌定位同样源于瓦尔特这一国际品牌对中国市场的深耕。它不仅是瓦尔特竞争优势的体现，更是对客户的重要承诺——瓦尔特为客户提供最高标准的工程技术，一是最高标准，没有妥协；二是优势技术，而不仅仅是金属切削刀具。这对客户来说，意味着可以从瓦尔特获得极具针对性的高效加工解决方案——细分到具体工件，解决实际加工难题。 

　　瓦尔特大中华区董事总经理郭根锦曾表示，随着中国经济步入新常态，制造业的转型升级必将得到更全面的深化。这一变化趋势蕴藏着巨大的发展机遇，特别是随着2025智能制造这一国家战略逐渐浮出水面，中国市场对高效金属切削刀具及整体解决方案的需求将日益增加，而这恰恰是瓦尔特的特长。瓦尔特基于完整的产品范围和全球化的成熟的解决方案，可以为不同需求层次的客户找到最合适的优势技术方案。 

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