一、引言

高速切削理论是由德国的卡尔所罗门博士在20世纪30年代首先提出的。简而言之，理论就是切削热只在传统切削速度范围内，与切削速度呈单调递增函数关系。当切削速度超过一定限度时，切削温度不会随切削速度的增加而升高，而是随切削速度的增加而降低，即在较高的速度范围内，它与切削速度成单调递减函数。经过几十年的研究和应用，这一理论逐渐成为现代高效切削的趋势和发展方向。80年代末90年代初开始使用并迅速发展到广泛应用于航空航天、汽车、模具制造等行业加工铝、镁合金、钢、铸铁及其合金、高温合金、碳纤维增强塑料等复合材料，其中以铸铁和铝合金最为常见。在金属切削过程中，选择较高的切削速度并不一定是提高加工效率的唯一途径。这种切割方案存在很多问题，其中最大的问题是主要目的是提高高速切割的生产效率，但实际上并没有提高生产效率。它要求机床高速切削，但为了提高机床主轴转速来提高切削速度，往往是以降低进给速度和切削深度为代价的。所以切除率很低，生产效率不高。当然，此时机床的主轴功率可以很小。这对尺寸精度、表面粗糙度、表面完整性要求高的零件的精加工(要求零件不变形，所以切削时产生的切削力小，等等)非常有利。真正意义上的高效加工应该是切削加工中被加工零件质量和生产效率的共同提高。

二、航空发动机制造业的特点和现状

航空发动机零件很大一部分由镍基高温合金制成，在难加工材料中属于难加工材料，且大部分零件采用车削加工，其相对可加工性小于0.2(正火45#钢的相对可加工性为1)。其难加工的主要特点是：切削力大。高温合金的切削力是中碳钢的两倍以上。切割温度高。切削高温合金时，由于变形抗力大，刀面、切屑和工件之间摩擦剧烈，单位切削功率高，消耗功率大。这工具磨损很厉害。原因还是切削温度高，材料硬度大，粘结磨损严重，容易产生屑瘤和脊。由于以上原因，我国加工高温合金的现状是切削速度低，一般在35m/min左右，0.05-0.2mm/r的低进给速度，导致切削效率极低，刀具磨损严重。如何提高加工效率，将高效切削引入到航空发动机行业的加工中，是很多人长期以来一直在讨论和研究的问题。

三、高温合金高效切削的研究

在高温合金的加工中，刀具结构和材料的选择非常重要。要求叶片材料具有较高的抗氧化性、红硬性和耐磨性；选择纯W-Go合金，如株洲钻石刀具有限公司的yd 101(YT硬质合金在抗弯强度和导热性能上比纯W-Go合金差，同时为了避免硬质合金中Ti和高温合金中Ti的相互扩散)。YBG102涂层厚度很薄，只有0.002~0.004mm，抗粘结能力强，适用于高温合金材料的高效加工。另外，从切削实验可以看出，用同样的槽型刀片加工镍基高温合金的切削力要比加工45%钢大得多。同时，我们也可以看到，在加工镍基高温合金时，采用不同的刀片槽可以获得不同的切削力。DNEG150608-NF /YBG102刀片的槽形在整个切削过程中至关重要，它涉及到断屑、导屑和排屑的顺畅，以及有效克服加工硬化，尽可能降低切削阻力，有意识地控制各种磨损的扩展，延长刀具寿命，提高工件表面质量，提高切削速度。

因此，要求加工高温合金的刀片槽应具有坚固锋利的刀尖和光滑的前刀面，并在成品中提供合理的刀片倾角。还需要选择合理的车身材料和涂层，以及合理的表面处理和刃口处理。配套设施，选用功率大、刚性好的机床，使用冷却效果好的切削液。推荐使用极压切削液，它不含硫。在金属切削过程中，选择较高的切削速度并不一定是提高加工效率的唯一途径。尤其是切削高温合金时，过分依赖提高切削速度来提高加工效率显然是不现实的，不仅会大大增加刀具消耗成本，而且根本无法完成加工程序。这时，不要忽视中速切削时增加进给量的加工方案，这是大量切削实践得出的结论。高温合金在很宽的切削速度范围内都会形成锯齿形切屑。随着切削速度的增加，锯齿的程度增加，直到形成单独的单位切屑。V=35m/min，f=0.15下芯片v=60m/min，f=0.15下芯片v=80m/min，f=0.15下芯片v=120m/min，f=0.15下芯片v=180m/min。难加工材料的切削条件一直设定在较低的水平。随着刀具性能的提高，高速高精度数控机床的出现，以及高速切削方法的引入，难加工材料的切削加工进入了高速加工和长刀具寿命时期。目前，采用较小的切削深度来降低刀具的切削刃载荷，从而提高切削速度和进给速度，已经成为切削难加工材料的最佳方式。当然，选择适合难加工材料独特性质的刀具材料和刀具几何形状也很重要，刀具的切削路径要优化。在进一步的切削实验中，我们发现了相同切削速度(v=80m/min)下不同进给速度下的切屑情况：f=0.15mm/r f=0.25mm/r f=0.4mm/r可以看出，在相同的切削速度下，随着进给速度的增加，切屑形成分离的单位切屑的趋势更加明显。那么，在什么切削速度下，切削过程才能达到最佳效率，刀具成本才能降到最低呢？我们来看看不同切削速度下的刀具磨损情况：实验材料：国产高和4133，切削性能低于进口incon718。不间断空格

;   80m/min切削速度下加工时间6min,刀片前后刀面的磨损状态     120m/min切削速度下加工时间1′25″，刀片前后刀面的磨损状态由大量的切削实验得知，在高温合金的车削加工中，当切削速度达到80-100m/min时，YBG102涂层刀片的性能完全能满足加工要求，并使刀具寿命及工件状态达到最佳。当切削速度大于120m/min时，由于刀具磨损过快，已经失去了加工的意义。 要提高生产效率，就必须提高切除率。由切削原理可知，金属切削中的切除率与切削速度﹑进给量和切削深度有着密切的关系。 切除率 V=1000*ap*fn*v (mm3/min) 可见切除率与切削速度﹑进给量和切削深度存在着简单的线性递增关系，但简单的追求高的切除率，在实际加工应用中是不成立的，因为在目前的刀具条件下，是不能采用过高的切削速度﹑进给量和切削深度的。因此，实际意义上的高效加工必须是高的切除率和高的切除量的最佳结合。 切除量 Q =1000*ap*fn*v*T (mm3)=V*T (mm3)T—加工时间，即刀具寿命。 实验表明切除率与切除量之间，存在如下的涵数关系：大量的切削实验表明，国产YBG102在高温合金的的车削加工时，最大切除量为40000-45000mm3/刃,由此可以根据实际加工的需要，依照以上关系，合理安排切削速度﹑进给量和切削深度。其中进给量取值在0.1-0.4mm/r，切削速度可达80-100m/min。

四、结论

高温合金的加工完全可以实现高速切削，但由于高温合金特殊的加工性能，当车削速度达到>120m/min 时，就失去了加工的实际意义。 2、高温合金的高效加工必须是高的切除率和高的切除量的最佳结合。