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FOSHAN XIEJIN ABRASIVE CO., LTD

金剛石工具對複合材料加工

關注:1052     發表時間:2017-04-29 14:10:21

複合材料是由兩種具備不同特性的材料組合從而形成的具有某種屬性的材料。 纖維、晶須、微粒或織物分散于基體中,從而增加其剛度和強度。結構性複合材料由層狀材料或夾層構成。多層複合材料由疊層闆膠結起來,其每層的強度定向都有所不同。主要的基體材料包括有機材料、金屬和陶瓷等,起強化作用的可以是連續或不連續分布的含碳物或一些無機材料。

目前碳纖維與其他複合材料發展迅速,新的材料屬性不斷衍變,用途也日益廣泛。複合材料具有使制成的零件更輕、更堅固,耐腐蝕等特點,使其非常适合于多種應用場合。不過這些結構材料的成功應用也對其加工性能提出了新的要求,其中切削加工性能的變化是新的挑戰。

加工複合材料與加工金屬迥然不同,不同種類的複合材料的加工也不相同。而且複合材料的種類比金屬材料更為廣泛。這對于剛開始制造複合材料零件的工廠來說可謂任務艱巨,而對于已從事複合材料加工的工廠來說也頗具挑戰。加工複合材料需要重新評估加工方法、刀具和工裝,在某些情況下還包括設備和夾具等。事實上,工廠所加工的每種新複合材料都需要新的加工工藝。

複合材料的切削過程與金屬的切削大不相同,其切削刃産生切屑并非像大多數金屬那樣通過剪切而生成,而是通過折斷來去除多餘的複合材料,在加工過程中常常是切斷環氧樹脂和折斷纖維材料。

加工複合材料的一般原則是,采用有足夠間隙的超鋒利切削刃,在獲得光潔的切削效果的同時将刀具與工件間的摩擦降到最低。由于切削刃槽型的細微變化都會迅速導緻過量切削熱的産生進而發生切削刃崩裂,因此必須将刀具磨損降到最低,如果此問題得不到解決将影響最為重要的質量要求。

切削刀具需要輕快地進行切削,産生最小的推力,因而需要各種刀具槽型來配合不同複合材料的不同加工特性。

要獲得好的性能、高安全性和滿意的效果,需要建立獨特的工藝以适應并優化尚未決定的複合材料及加工方法。在材料去除率為重要但并非主要因素的場合,應通過經濟核算找出最有利的解決方案。

對複合材料加工而言,孔和邊緣的質量加上滿意的孔加工成本及每單位米的成本,對于生産效率影響更大。一次操作所獲得的表面粗糙度可以減少或消除二次操作,将有助于延長刀具壽命和縮短設備停機時間。在不斷發展的複合材料加工領域,為某具體的複合材料選用專用切削刀具是至關重要的。另外,為手邊的操作設定正确參數并正确裝夾也極為重要。

鑽孔是複合材料加工中最主要的一種操作,由于在孔出入口處材料可能裂開、甚至裂成幾層(分層),這使得此操作極富挑戰。因此,要達到合格的表面粗糙度就要求格外小心以在纖維層與基體之間獲得滿意的切削作用。随着複合材料的抗沖擊性和抗熱性不斷改進,其加工方法也必須随其發展。

由于金剛石經得起各種碳纖維和疊層材料(包括钛)的磨損,經過特别改制的聚晶人造金剛石(PCD)焊接刀尖或金剛石塗層刀尖具有最長的刀具壽命。

對複合材料零件的平面加工往往有着與修邊及切邊一樣的高要求,需要使用合适的可轉位刀片以及金剛石塗層硬質合金刀具并輔以創新的加工方法。

非标訂制的PCD刀具為大多數銑削操作提供了解決方案,紋理金剛石和焊接金剛石刀具都有不同的槽型設計以滿足應用要求。其改進在于以最佳方法應用特别的刀具槽型來達到較好的表面粗糙度,還可能需要用排塵來進一步降低破裂和磨損的傾向。

對于複合材料的銑削,CoroMill590 面銑刀安裝以聚晶人造金剛石(PCD)刀片,可滿足公差和表面粗糙度的高要求。它可在幹加工中采用高切削參數與最少的纖維破裂,因此非常适合配備了吸塵裝置的組裝前最後一道工序的加工。

對于複合材料的側壁銑和Sturtz銑削,尤其是高纖維含量的複合材料,CoroMill 390立銑刀配備焊接金剛石刀片或金剛石塗層刀片效果良好。對于複合材料零件的切邊和修邊加工,硬質合金刀片、金剛石刀片或整體硬質合金刀具都可以達到高質量的要求。

複合材料加工解決方案要視具體應用場合來選定。這些方案可以包括根據材料及加工狀況選用一種合适的CoroDrill槽型。由于不同零件所用的材料不同,現已開發出3種槽型,包括通用的CoroDrill 855鑽頭,配以優化的工藝可确保鑽孔質量達到最高的要求。

CoroDrill 856能夠盡量減少在鑽孔出入口部位的分層傾向,這對于富樹脂的複合材料尤其如此。但當鑽削富含纖維的複合材料時,則需要能減少破裂的槽型,例如新的CoroDrill854鑽頭,其槽型與用于鋁材加工的槽型相似。用CoroDrill 854金剛石塗層鑽頭在CFRP-鋁合金複合闆材料上加工高質量的直徑為1/4英寸(6.35mm)的孔系。獲得的益處包括:降低了纖維碎裂風險、消除了毛刺,提高了表面光潔度。

山特維克可樂滿除了開發可提升複合材料加工性能的切削刀具外,還關注該領域最佳工藝的開發。針對不同應用建立單獨的工藝是确保複合材料加工取得成功的根本所在。選擇正确的刀具、槽形、材質、切削參數以及采用創新的解決方案,都有助于将複合材料的加工制造技術提升到一個新水平。

  一系列新型鑽頭和銑削刀具正在改善複合材料的加工性能。山特維克已為多種應用場合設計出帶金剛石塗層的硬質合金鑽頭及紋理PCD技術的鑽頭。最常用的解決方案之一是将一種新的CoroDrill鑽尖用到複合材料鑽頭上。此種采用直接壓制燒結技術制成的PCD鑽頭的切削刃幾何參數能減少鑽入和鑽出孔時的分層現象。目前已開發出多種新鑽頭槽型,适用于各種碳纖維強化(CFRP)材料的高質量的孔加工。對于複合材料零件的銑削、切邊和修邊等,安裝特制的金剛石刀片的立銑刀和面銑刀和塗層硬質合金刀具提供了新的優勢。标準和非标訂制的産品構成了在當前和未來對複合材料進行鑽削和銑削的加工解決方案。

(來源:中國超硬材料網)

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