粉末冶金高速钢涡轮盘榫齿拉刀的设计与研制

摘要

切削加工是装备制造业的基础工艺，刀具设计与制造是汽车工业、家电制造业、航空航天、能源工业、模具工业等发展的关键技术。现代切削技术经过近百年的快速发展，到20世纪末，随着数控机床、数控系统、刀具材料、涂层技术等制造技术的全面进步，达到了新的水平，使切削加工进入了高速切削的新阶段，其主要技术特征表现为切削速度有5-10倍的提高。高速切削技术的出现，对制造领域又提出了高要求。一是机床本身刚性、精度高，二是装夹系统刚性、精度高。三是刀具的材料性能和加工精度要高。四是冷却效果要好。正是各种刀具材料和切削技术的全面发展，使切削加工的不同领域、不同工序的效率和总体切削水平有了显著的提高，开创了切削加工的新阶段，为制造业的发展和制造技术的进步奠定了基础。本课题研制开发用于加工涡轮盘槽的粉末冶金高速钢榫齿拉刀，正符合目前材料和刀具的发展方向，刀具的材料采用了粉末冶金高速钢，刀具的尺寸、形位精度非常高。 本文从分析燃气涡轮喷气发动机涡轮盘与叶片的结构特点，工作环境等方面入手，介绍了机树形型面连接方法的特点，进而研究了涡轮盘机树形榫齿的加工刀具，榫齿拉刀的设计方法，制造工艺及其拉削特点，讨论了榫齿磨削的加工工艺方法以及提高刀具拉削性能的途径。 在榫齿拉刀的设计方面，根据被加工榫槽型面的技术要求涡轮盘材料的化学成分和机械性能，确定了拉刀的材料，拉刀的结构形式，拉削方式的选择及拉刀的分工，拉刀齿形公称尺寸和公差的确定等方面的问题，进而分析了拉刀刀齿相对中心有偏移量时对零件榫槽的影响及刀齿偏移对齿距T的影响，从工程实际出发给出了涡轮盘极树形榫齿精拉刀的设计方法。 在榫齿拉刀的制造方面，本文简要介绍了拉刀制造工艺方法，着重研究了拉刀成型磨削的方法，砂轮的修整方法以及刃磨齿形时，拉刀刀齿侧隙角和抬高量等参数的计算等。 本文介绍的在数控平面磨床上磨削榫齿拉刀齿型，铲磨榫齿拉刀齿型后角的加工方法为国内首创，本公司以前磨削榫齿拉刀齿型和铲磨榫齿拉刀齿型后角是在高精度平面磨床上完成的，在数控平面磨床上磨削榫齿拉刀齿型，铲磨榫齿拉刀齿型后角极大地提高了榫齿拉刀的加工精度和涡轮盘榫齿槽的加工质量。 设计制造的榫齿拉刀已投入生产应用，取得了满意的效果。

目录

文摘

英文文摘

声明

1.绪论

1.1刀具在装备制造业的重要作用

1.2国内外榫齿拉刀的设研制与发展

1.3粉末冶金高精度榫齿拉刀的现状分析和研究方向

1.4课题立项的背景、意义、目标

1.5小结

2.刀具材料的选择

2.1对刀具材料的特性要求

2.2刀具材料的发展情况及发展趋势

2.3常规刀具材料的基本性能

2.4粉末冶金高速钢

2.5拉刀材料性能的比对

2.6小结

3.榫齿拉刀的设计

3.1涡轮盘榫齿的技术要求

3.2对榫槽型面的技术要求

3.3榫齿拉刀材料的选择

3.4拉削的特点及拉削方式的确定

3.5涡轮盘榫槽拉削方案的确定

3.6榫齿精拉刀几何参数的确定

3.7涡轮盘精拉刀齿升量SZ的选取

3.8拉刀前角、后角、容屑槽槽型及齿距的设计

3.9容屑系数的校核

3.10拉刀同时工作齿数的确定

3.11榫齿精拉刀长度的确定

3.12拉刀刀齿偏移量对榫槽加工影响的分析

3.13拉刀外廓尺寸的设计

3.14拉刀的刃口形式

3.15拉刀的磨损形式

3.16小结

4.榫齿拉刀的制造

4.1拉刀制造的注意事项

4.2拉刀的制造工艺

4.3拉刀的通磨(成型磨削)

4.4数控平磨程序的编制

4.5拉刀齿型型面后角的铲磨

4.6拉刀齿型部分的检验

4.7磨齿烧伤控制

4.8表面处理是提高刀具寿命的有效途径

4.9刀具的再生

4.10小结

5.拉刀的热处理

5.1拉刀淬火伸长变形试验研究

5.2人工时效

5.3拉刀的热处理缺陷

5.4茶状断口

5.5硬度不足

5.6压断

5.7ASP2060高速钢的热处理

5.8小结

6.拉刀的试切

6.1拉刀失效分析

6.2拉刀崩刃

6.3刀刃迅速磨损

6.4刀齿光洁度对榫齿加工的影响

6.5刀刃磨损对榫齿加工的影响

6.6切削条件对榫齿加工的影响

6.7拉削质量分析

6.8ASP2060粉末冶金榫齿拉刀与普通高速钢榫齿拉刀拉削性能的对比

6.9小结

结论

参考文献

致谢