一文了解金屬基復合材料的刀具選擇(含銑削

?作者:傘齒輪 ???|???? ?2019-10-09 04:20

  金屬基復合材料(metal matrix composite),簡稱(MMC)是以金屬及其合金為基體,與一種或幾種金屬或非金屬增強相人工結合成的復合材料。其增強材料大多為無機非金屬,如陶瓷、碳、石墨及硼等,也可以用金屬絲。是一種難加工的新型復合材料,如何選擇刀具加工金屬基復合材料呢?且看下文。

  一、金屬基復合材料介紹

  1.金屬基復合材料按金屬或合金基體不同,可分為鋁基復合材料、鎂基復合材料、鈦基復合材料、鎳基復合材料、銅基復合材料、高溫合金基復合材料、金屬間化合物基以及難熔金屬基復合材料等。

  2.金屬基復合材料按增強體的類別來分類,可分為顆粒增強金屬基復合材料(如Al2O3,SiC增強相輕合金基復合材料)、短纖維\晶須增強金屬基復合材料、長纖維增強金屬基復合材料、層狀復合材料。

  二、金屬基復合材料加工難點

  金屬基復合材料廣泛應用于航空航天、軍事領域、軌道交通、醫療領域、電子電器等領域,因其具有耐磨損、良好的導熱性能、高韌性、線膨脹系數小、良好的導電性能、高沖擊性能、耐高溫、高比強度等優良性能特點,同時這些優良特性也不同程度的給金屬基復合材料的機加工帶來難點。

  尤其是金屬基復合材料里的研磨性增強相使它們難以被切削加工,而且造成刀具嚴重磨損,如何選擇刀具使得金屬基復合材料加工的表面粗糙度較小,刀具壽命長,成為解決金屬基復合材料加工難點的主要研究方向。

一文了解金屬基復合材料的刀具選擇(含銑削\鉆孔\車削)

  金屬基富惡化材料應用

  三、金屬基復合材料加工刀具材質

  盡管金屬基復合材料可以通過各種少量甚至無切削加工工藝制成不同精度和不同形式的制件,但是對于有較高精度要求的工件,切削加工仍是不可避免的。由于金屬基復合材料中的增強相具有極大的研磨性,傳統的刀具材料如高速鋼和硬質合金,已經不能滿足切削加工金屬基復合材料的切削加工、特別是精加工的要求。

  最近幾年,世界各工業發達國家及國內各大公司爭相發展新型聚晶金剛石刀具材料,以解決金屬基復合材料的切削加工難題。其中最具有代表性的是鄭州華菱超硬公司研發的CDW010、CDW302和CDW850等系列聚晶金剛石刀具材料,一般情況下,顆粒越粗,刀具的耐磨性能越好。

一文了解金屬基復合材料的刀具選擇(含銑削\鉆孔\車削)

  華菱超硬PCD粒度牌號性能

  四、華菱超硬金剛石刀具加工金屬基復合材料的優勢

  正確選擇刀具材料和切削用量,才能保證金屬基復合材料的加工質量和較高的加工效率,華菱超硬金剛石刀具切削加工金屬基復合材料的優勢:

  1.刀具壽命長

  華菱超硬PCD刀具和金剛石涂層刀具加工金屬基復合材料,平均刀具耐用度是其他刀具材料的50-100倍,而且,當其他刀具材料磨損急劇增加時,華菱超硬PCD刀具和金剛石涂層刀具的磨損率仍然保持穩定不變。

  2.加工表面光潔度好

  積屑瘤和增強相是影響金屬基復合材料加工表面粗糙度的兩個主要因素,積屑瘤在切削過程中會促進鱗刺生成,從而會使表面加工質量降低,而華菱超硬金剛石涂層刀具相比其他刀具,積屑瘤的情況非常少,獲得的加工表面粗糙度Ra最小,光潔度也最好。

  金剛石涂層刀具的金剛石鍍層實際上是一系列金剛石薄膜按沉積順序的堆砌,刃口外凸的金剛石顆粒容易在高硬度增加相和硅相的不連續沖擊下產生裂紋,當裂紋擴展到一定程度就可能造成20-50微米寬的崩裂帶,這個狹長的崩裂帶一旦形成,就像負倒棱一樣大大增加了刃口強度,阻止了崩裂帶的進一步發展,所以金剛石涂層刀具不僅刀具耐用度高,而且比其他刀具材料更容易獲得高質量的加工表面。

  五、華菱超硬加工金屬基復合材料的金剛石刀具

  華菱超硬聚晶金剛石刀具,是將一定厚度的聚晶金剛石層在燒結過程中與硬質合金基體粘接成一個整體,得到PCD金剛石刀片,同時擁有金剛石的高硬度、高耐磨性和高導熱率,和碳化鎢的高強韌性相結合。硬質合金基體能制作成各種刀具形狀,這也就使得聚晶金剛石刀具可制作成多種刀具種類,如金屬基復合材料銑削、鉆孔、車削刀具等。

  1.金屬基復合材料銑削刀具

  金屬基復合材料零部件需要進行大量的側銑和面銑加工,一些孔加工通常也會涉及到銑削。對于精密面銑加工,最好選用在硬質合金刀具基體上焊接PCD切削刃的銑刀片,這種刀片具有較好的尺寸精度,所以刀刃在銑削中的定位精度較高,可得到較好的加工精度及表面粗糙度。對于復合材料的側銑、槽銑加工,適宜選用立銑刀刀具結構,通常所用的刀具都是右旋刀具,刀身的溝槽決定了銑削時切下的碎屑排出方向,華菱超硬可根據用戶的具體需求定制銑刀規格,如果做精密零部件的加工則建議選用左旋刀具,左旋刀具加工精密類特殊要要求工件有一定優勢。

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  華菱超硬PCD銑刀

  2.金屬基復合材料鉆孔刀具

  金屬基復合材料的鉆孔加工中,刀具磨損和加工表面質量是衡量刀具的主要指標,鉆削金屬基復合材料時,鉆頭磨損主要發生在后刀面,磨損原因主要是磨料磨損,而華菱超硬用于孔加工和擴孔加工刀具中的麻花鉆、多階擴孔鉆鉸刀,可進行多刃口設計,并且可根據具體加工情況調整角度及鋒利度,在復合材料上進行孔加工時,減少鉆頭的切削力,提高刀具的使用壽命,鋒利的切削刃部能夠保證孔的良好質量;鉆鉸锪一體刀具,鉆孔和锪窩一次完成,省略了用常規鉆頭和鉸刀加工時所需要的退刀、換刀和轉位,可以大大提高加工效率。

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  華菱超硬PCD鉆頭

  3.金屬基復合材料車削刀具

  金屬基復合材料加工中應用最多也最基礎的是車削加工,復合材料車加工刀具相對鉆孔、銑削工序結構相對簡單,對于高效批量的車加工,一般選用硬質合金刀具基體鑲PCD材質刀尖作為切削刃的機夾刀片,針對特殊金屬基復合材料工件(如汽車零部件)的車加工,也需要用到定制的非標車刀,在整體硬質合金或鋼制車刀刀具集體上鑲PCD切削刃,這種刀具具有良好的抗沖擊、抗彎強度和抗振性能,同時刀具性能十分穩定,被加工后的復合材料零件表面光潔度更好。

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