超硬材料刀具车削ZrO2陶瓷涂层的试验研究

摘要

陶瓷涂层被广泛应用于航空发动机燃烧室、导向叶片、涡轮外环和涡流器等中等强度要求和优良抗氧化性能的高温零部件中。热喷涂工艺很难保证喷涂工件的尺寸和表面粗糙度要求，其中相当一部分需经机械加工才能实际应用。但陶瓷涂层是典型的难加工材料，其具有硬度高、韧性差、耐磨损性能好等特点，加工表面质量难以保证，废品率高，阻碍了陶瓷涂层类零件的应用与发展。
　　 本文针对陶瓷涂层的难加工性，对超硬材料刀具车削陶瓷涂层过程中的切削力和表面粗糙度开展了相关的基础和试验研究，主要工作包括：
　　 (1)分别采用PCD和PCBN两种不同的超硬刀具对等离子喷涂陶瓷涂层进行了车削加工试验，研究了刀具材料和刀具几何参数对切削力和表面粗糙度的影响，研究结果表明PCBN超硬材料刀具更适合陶瓷涂层材料的车削加工。分析了陶瓷涂层车削加工中超硬材料刀具的损伤形态，并探讨了超硬材料刀具车削陶瓷涂层时刀具的损伤机理。
　　 (2)采用PCBN超硬刀具对等离子喷涂陶瓷涂层进行了车削加工试验，研究了切削用量对切削力和表面粗糙度的影响，发现切削深度对切削力和表面粗糙度的影响最大，获得了适合陶瓷涂层车削加工的工艺参数。
　　 (3)针对小型精密回转体类零件的车削装夹方式进行了研究，有效控制了加工误差，并对喷涂有耐热陶瓷涂层的航空发动机主喷口典型零件进行了车削加工试验。试验结果表明：应用PCBN刀具及优化的车削工艺参数结合适当的装夹方式，试验零件的尺寸精度与形位精度均能满足加工精度要求，加工表面粗糙度Ra可小于0.8μm，没有出现任何形式的裂纹或剥落等表面损伤。