當前，減輕飛機重量這一目標正在促使航空航天工業(yè)采用越來越多的特種材料，例如復合材料、鈦合金和鉻鎳鐵合金。相比普通材料，此類材料重量更輕，強度更高，但在加工方面，特別是銑削和鉆削方面，它們各自擁有不同的加工難題。
在銑削和鉆削加工中，航空航天制造商通常使用整體硬質合金刀具或整體高速鋼刀具。在此類加工過程中，制造商必須盡可能達到最高的質量水平，這往往需要通過密切地監(jiān)控和維護工藝安全性來實現(xiàn)。雖然存在對零件成本的擔憂，但在大多數(shù)情況下，生產高質量的零件是優(yōu)先考慮的事項，而提高生產率則一般處于次要地位。
借助機床和刀具的可預測性能，航空航天制造商力求實現(xiàn)工藝的安全性和穩(wěn)定性。在刀具方面，航空航天制造商必須擁有具備長久且穩(wěn)定刀具壽命的銑刀和鉆頭。而且，即使他們知道刀具的具體使用壽命，也會在刀具完全磨損之前，提早安排機床更換刀具。得益于機床和刀具技術，復合材料、鈦合金和鉻鎳鐵合金等材料已經從過去幾乎無法加工，發(fā)展到如今航空航天制造商能夠充滿信心地高效加工的階段。帶來更佳工藝控制和一致性的一種刀具技術便是先進的特制整體銑刀和鉆頭。這種刀具專為克服此類材料的加工難題而開發(fā)。通過整合多種創(chuàng)新性鍍層和槽型，并配以先進的加工技術和方法，這些特制刀具不僅能提供工藝安全性，而且能提高生產效率和產量。
鈦合金的加工
在航空航天工業(yè)中，鈦合金通常用于3個基本應用領域：飛機結構件、噴氣發(fā)動機的低溫段部件和起落架系統(tǒng)。一種常用的鈦合金是5553，屬于近-β相合金，通常用于制造起落架零件。TiAl6-4屬于α-β相合金，是應用最廣泛的鈦合金材料之一，尤其適用于制造結構件。令鈦合金難以加工、具有較低可加工性能的主要因素是其較低的導熱性能、較高的粘著性和加工硬化等因素。鈦合金具有低導熱性，這意味著在切削過程中產生的熱量傳導到刀具中，而不是被切屑從切削區(qū)帶走。
鈦合金的高粘著性意味著切屑往往會粘在刀具上，從而產生極長的切屑，而不是通常人們所希望的更易于排出的較短切屑。該材料的加工硬化性能會在加工時發(fā)生，導致材料表面由于加工產生的壓力效應而出現(xiàn)一層薄薄的硬化層。雖然可以使用適合加工多種材料的通用型整體硬質合金刀具對鈦合金進行加工，但那些針對鈦合金的加工特性而專門設計的刀具一般會提供更出色的加工效果。此類特殊的刀具具有極佳的性能，但在處理多種不同材料時，其通用性可能較差。因而，山高專為鈦合金和不銹鋼而設計的高速鋼(HSS)刀具。Jabro HPM（高性能加工）系列中的部分刀具也是專為鈦合金等特定材料牌號設計的。此類刀具采用了特殊的槽型和設計，特別適合加工鈦合金。槽型和設計包括40?~50?之間的大螺旋角；內冷通道，可使切屑不會粘到刀刃上并快速排屑，同時還有助于冷卻切削區(qū)；不均等的齒距，可在高切深過程中減少振動；將硬質合金與氮化鋁鉻鍍層相結合。未使用氮化鈦，這可防止刀具和材料之間發(fā)生化學反應。
在航空航天領域，大多數(shù)孔徑都很小。對于小于1mm，最大不超過20mm的直徑，整體硬質合金鉆頭廣泛用于鈦合金和鉻鎳鐵合金的鉆削領域。與銑削鈦合金一樣，鉆削工藝產生的熱量也易于進入刀具中，而不是在切屑內帶走。為了解決這一問題，鉆頭槽型通常都具有非常鋒利的切削刃。通常，由于需要極為鋒利的切削刃，用于鈦合金的鉆頭都沒有鍍層。另外，鍍層在一定程度上會增加摩擦，增大了熱量生成。更重要的一點是，在加工后材料會收縮。因此，鉆體上需要一個更大的倒錐。
鉻鎳鐵合金加工
在航空航天制造業(yè)中，鉻鎳鐵合金零件通常非常昂貴，不僅僅是材料本身的成本，還包括在進入加工階段前為了生產它們而花費的時間。鉻鎳鐵合金和鈦合金之間存在某些相似之處。但就可加工性而言，鉻鎳鐵合金（鎳基高溫合金）是最難加工的材料。它們具有極低的導熱性和極高的應變硬化，甚至高于鈦合金。鉻鎳鐵合金還具有高粘著性，因此在用于傳統(tǒng)加工方法時，切削速度很少會超過25~30m/min。
用于加工鉻鎳鐵合金的刀具槽型與用于鈦合金加工的槽型有很大的不同，鉻鎳鐵合金槽型具有非常陡的后角。這種槽型可最大限度減少刀具和材料的接觸。這一點至關重要，因為鉻鎳鐵合金具有塑性和高記憶性，這意味著它會在受到刀具的作用力時稍微彎曲。因此，刀具傾角和材料的接觸時間越長，刀具發(fā)生的磨蝕就越大，而其使用壽命就越短。為進一步降低刀具和鉻鎳鐵合金間的摩擦，山高采用了氮化鋁鈦鍍層。該鍍層已進行了拋光，擁有極其平滑精細的表面質量。
鉆削鉻鎳鐵合金時，需要使用較低的速度和進給量，因為該材料更硬、更難以切削。與銑削鉻鎳鐵合金一樣，在鉆削時，該材料的切削性能也會發(fā)揮作用。在航空航天應用領域中，鉻鎳鐵合金組件的孔深通常不超過3×D。
鈦合金和鉻鎳鐵合金的4種加工方法
鈦合金和鉻鎳鐵合金有4種基本的加工技術或方法。第一種是傳統(tǒng)加工，該方法需要在ae：ap為1：1的情況下尋求平衡，也就是說，加工采用全切寬、一定的切深（最大為刀體直徑1倍）和平均進給率；第二種是高性能加工(HPM)，該方法需要使用專為鈦合金和鉻鎳鐵合金設計的刀具，例如山高的HPM系列刀具。這些刀具在采用大切深ap（最大為1.5*Dc）和全切寬ae的情況下運行。在短時間內可切除大量金屬，從而提升生產率；第三種是高進給加工(HFM)，該方法使用極小的軸向切深ap和全切寬ae，因此切寬為1*Dc。該方法使用的特定刀具槽型可將切削力引導到機床主軸上，因此尤其適合因刀具懸伸長和復雜應用（如深度為5*Dc及以上的槽）而造成不穩(wěn)定的加工工況；第四種是高速加工(HSM)，該方法使用相當?shù)偷腶e徑向切深和極大的ap切深。由于徑向切深相對較低，因此具有較小的接觸弧，這有助于減少切削區(qū)內產生的熱量（因接觸時間較短），從而允許較高的切削速度進行補償和提高生產率。
機床和切削刀具的發(fā)展使得這些方法得以實現(xiàn)。如山高的HPM刀具槽型具有特殊特性，如不均等的齒距、彎曲的螺旋角，這為高性能加工方法提供了必要的穩(wěn)定性。在高進給和高速加工中，這些方法通常依賴于機床的能力和刀具槽型。
在很大程度上，機床和刀具需要協(xié)調工作來滿足航空航天制造商的特定材料加工要求。正確的機床和正確的刀具都必須具備。這在高進給和高速加工中尤為如此，該類加工不僅需要具有高進給率的機床，還需要能夠處理與高進給和高速銑削加工相關的更大程序和NC文件的CNC控件。
要高效地加工航空航天業(yè)中目前遇到的挑戰(zhàn)性材料，關鍵是獲得完整的加工解決方案，而不僅僅是獲得一個產品。完整的刀具解決方案不僅包括必要的槽型和設計，還包括應用工程支持。人員的豐富知識和經驗與先進的產品相結合，可以形成一個完整的解決方案并實現(xiàn)理想的結果。
