| 西門子直流調(diào)速器6SE1110-2AA10 |
航空發(fā)動機是飛機的核心部件，而機匣是航空發(fā)動機的主要零件之一。目前航空發(fā)動機機匣多采用鈦合金、高溫合金等耐高溫、難切削材料；結構上以回轉輪轂面為主體周向分布柱狀島嶼凸臺，零件zui薄處僅2~3mm厚，屬多島嶼復雜薄壁結構件，如圖1所示。機匣銑削前的過渡毛坯通常為車削加工后的回轉件，從過渡毛坯到zui終成品的加工過程中，絕大部分余量在粗銑加工階段去除。因此，實現(xiàn)機匣粗加工是縮短其制造周期的關鍵。
插銑加工是一種粗加工方法，目前插銑加工越來越廣泛地應用于難加工材料、大余量復雜結構件的粗加工中。國內(nèi)外學者對插銑加工軌跡規(guī)劃進行了大量的研究，日本學者C.Hirano等[1]利用二維C-space方法求取無干涉刀軸范圍，在此基礎上對刀軸進行調(diào)整實現(xiàn)五軸插銑粗加工。埃及學者T.Tawfik等[2]利用不同大小刀具進行插銑加工，采用重疊填充圓法對插銑走刀路徑進行優(yōu)化，試驗證明該方法可提高插銑加工效率。國內(nèi)西北工業(yè)大學對復雜零件插銑加工技術進行了比較深入的研究：利用直紋面逼近整體葉輪葉型曲面以確定通道內(nèi)可插銑粗加工區(qū)域的邊界，進而規(guī)劃插銑加工軌跡[3]；基于zui小面積原理求取開、閉式整體葉盤通道偏置直紋包絡面，在此基礎上進行開、閉式整體葉盤插銑軌跡規(guī)劃，有效實現(xiàn)了開、閉式整體葉盤的多坐標開槽粗加工[4-5]。哈爾濱工業(yè)大學梁全等[6]根據(jù)直紋面葉片的偏移邊界矢量，利用四元數(shù)插值方法計算插銑加工的刀軸矢量，并推導了多坐標插銑加工的行距和步距計算公式，保證了插銑加工效率。
Ti-Al-X-N新型涂層技術是利用氣相沉積方法在高強度工具基體表面涂覆幾微米高硬度、高耐磨性難熔Ti-Al-X-N涂層，從而達到減少刀具磨損，延長壽命，提高切削速度的目的。它是數(shù)控機床與基礎制造裝備國家重大專項課題取得的重要成果。
這一技術打破了國外企業(yè)在刀具涂層技術領域的壟斷，提高了涂層刀具的國產(chǎn)化率，為汽車、航空等重點用戶提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本打下了堅實基礎。
株洲鉆石刀具在關鍵的涂層技術上取得突破，使汽車發(fā)動機缸體某關鍵部件加工的刀具成本降低了30%，將其典型用戶——奇瑞汽車的發(fā)動機加工刀具國產(chǎn)化率從20%提升至47%，在替代進口，滿足重點行業(yè)急需方面具有重大意義。
中國作為制造大國已是不爭的事實。但我國在數(shù)控切削刀具技術方面與國外相比仍存在差距，突出表現(xiàn)在先進涂層制造和涂層技術的基礎研究方面。Ti-Al-X-N新型涂層技術的成功應用，一舉打破了國外強勢企業(yè)在刀具領域的壟斷，為提高刀具的國產(chǎn)化率打下了堅實基礎，為更好地滿足重點行業(yè)需求創(chuàng)造了條件，具有重大的經(jīng)濟和社會效益。
承載刀具核心技術：機床被稱作“制造機器的機器”。如果說數(shù)控機床是現(xiàn)代工業(yè)文明的藝術品，那么硬質合金精密刀具便是藝術品上的鉆石，而鉆石閃耀的光芒源自于刀具表面幾微米厚的精密涂層。
涂層刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化學性能穩(wěn)定、耐熱耐氧化、摩擦系數(shù)小和熱導率低等特性。原因是涂層材料作為化學屏障和熱屏障，減少了刀具與工件間的擴散和化學反應，從而減少了磨損，使得刀具壽命提高3～10倍以上，切削速度提高20%～100%?？梢哉f，薄薄一層涂料承載著刀具的核心技術。
目前涂層刀具在切削刀具中占的比例已達到80%。由于國外企業(yè)在刀具領域占據(jù)壟斷地位，在我國數(shù)控機床專項中，刀具及其核心涂層技術的地位日益受到重視，對涂層技術的突破被列入多項課題研究中。
趕超國際同類產(chǎn)品先進水平
株洲鉆石公司自主研發(fā)Ti-Al-X-N新型涂層技術的道路并非一帆風順。初期引進涂層生產(chǎn)線時，株鉆只能生產(chǎn)普通的Ti-N和Ti-Al-N涂層。通過消化吸收，科研工作者開發(fā)出具有納米結構的Ti-Al-N涂層，比普通Ti-Al-N涂層性能有一定的提高，但仍舊不能滿足刀具行業(yè)發(fā)展的需要。在此形勢下，株鉆成立研發(fā)團隊，以專項課題精密工具創(chuàng)新能力平臺建設為契機，開展新型高性能涂層的集中攻關工作。
經(jīng)過大量的實驗，課題組選擇了zui優(yōu)的Ti-Al-X-N涂層，其抗氧化性能和硬度都較Ti-Al-N涂層高，但其切削性能和Ti-Al-N相比并無顯著提升。為了搞清楚涂層性能為何達不到預期效果，研發(fā)團隊首先將新涂層從基體上剝離下來研磨成粉末進行差示掃描量熱儀分析，分析涂層在高溫下的相結構演變、調(diào)幅分解過程。通過不懈努力，課題組制備出了優(yōu)化納米復合多層結構涂層nc-TiAlN/Si3N4。
據(jù)了解，Ti-Al-X-N新型涂層技術已獲得9項且全部為發(fā)明。PVD涂層產(chǎn)品硬度高于40GPa，達到超硬效應。在1100℃下空氣氣氛中氧化10小時后，涂層仍未完全氧化。在1100℃回火后，涂層的硬度仍能維持40GPa以上，與基體的結合強度超過90N。同期自主開發(fā)的CVD涂層α-Al2O3厚度達10微米，涂層結合力超
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