金剛石刀具解決碳纖維復合材料切削加工難題

?作者:傘齒輪 ???|???? ?2019-10-09 04:19

  碳纖維增強復合材料具有較高的比強度、比剛性,是以碳纖維或碳纖維織物為增強體,以樹脂、陶瓷、金屬、水泥、碳質或橡膠等為基體所形成的復合材料,輕量化效果十分明顯,在航空航天、汽車行業、軍工產品中得到廣泛應用。但是對碳纖維復合材料的切削加工有一定的難度,本文對如何選擇刀具解決碳纖維復合材料的切削加工難題進行探討。

  一、碳纖維復合材料的分類

  碳纖維復合材料可從以下兩個方面進行分類:

 ?。?)根據碳纖維的力學性能可分為高模量,超高模量,高強度和超高強度4種,常用的有碳纖維增強復合材料(CFRP)、碳纖維增強陶瓷基復合材料、碳\碳復合材料、碳纖維增強金屬基復合材料、碳纖維增強樹脂復合材料等。

 ?。?)根據原絲的類型可分為聚丙烯腈基碳纖維(PAN)、纖維素基碳纖維(粘膠基碳纖維)、瀝青基碳纖維、酚醛基碳纖維等。

金剛石刀具解決碳纖維復合材料切削加工難題

  碳纖維復合材料應用

  二、碳纖維復合材料切削加工難題

  為什么說碳纖維復合材料難加工呢?是因為碳纖維復合材料在加工過程中,樹脂與纖維存在復雜的內部相互關系,往往會出現碳纖維拉絲或者脫離,并且碳纖維復合材料具有較高的耐熱性和耐磨性,在加工過程中會產生大量的切削熱以及磨損,對加工設備的要求也很高。碳纖維方向30°、60°、90°是最關鍵的方向,它們會導致大的切削力集中磨損,碳纖維復合材料難加工的一個主要原因就是對刀具的磨損非常嚴重,而且磨損很快,磨損主要分為刀尖磨損、刀具側面磨損、刀具邊緣磨損;另外,切削工藝參數也會顯著影響到刀具的磨損。

  三、如何選擇刀具材質加工碳纖維復合材料?

  碳纖維復合材料加工刀具材質與硬質合金、金剛石涂層刀具、聚晶金剛石(PCD)刀具。

 ?。?)硬質合金刀具采用YG類添加TaC或NbC超細顆粒硬質合金,此類材質刀具耐熱性和抗氧化性好,但加工碳纖維復合材料時,刀具磨損嚴重,零件外表面粗糙有撕裂痕跡,切削加工中需要頻繁換刀、磨刀,加工效率低,對操作者的要求高、質量不穩定,不能滿足產品的批量生產要求。

 ?。?)金剛石涂層刀具是在硬質合金整體刀具或PCD刀片的基體上做金剛石涂層,可使切削刃耐磨性更高,不僅擁有金剛石的高硬度和耐磨性,而且能在較長的加工周期內保持原有刀具的幾何結構,保證加工效果。

 ?。?)聚晶金剛石刀具是目前加工碳纖維復合材料較為理想的刀具,聚晶金剛石PCD的硬度可達9000HV,是硬質合金的4~6倍,具有很高的耐磨性(是硬質合金的幾百倍),如華菱超硬CDW010材質,具備優異的耐磨性,同時保持鋒利的刃口,可有效地切斷纖維,保證較高的表面光潔度,減少刃磨刀具、拋光等輔助時間,減輕操作者的勞動強度,大大提高生產效率。

金剛石刀具解決碳纖維復合材料切削加工難題

  華菱超硬PCD刀具牌號性能

  四、金剛石刀具解決碳纖維復合材料切削加工難題

  由于纖維材料和金屬材料的機械性能有很大的差別,容易在加工過程中出現毛刺、分層斷裂等缺陷,所以在加工航天航空行業內的零配件時,聚晶金剛石(PCD)刀具要比傳統的碳化鎢硬質合金刀具獲得更高的加工質量。

 ?。?)碳纖維復合材料鉆孔刀具

  華菱超硬研發的碳纖維復合材料鉆孔刀具有:金剛石鉆頭、金剛石鉆鉸刀、金剛石麻花鉆、金剛石階梯鉆及非標金剛石鉆頭等,采用進口PCD片材為切削刃,具有很好的耐磨性能,以碳化鎢硬質合金為基體,硬質合金基體具有很好的剛性和尺寸精度,能夠確保鉆孔銑削的加工質量,并設計內冷(內部螺旋冷卻)通道提高冷卻性能,鉆頭螺旋式排屑槽可提高排屑性能,進而提高加工效率,這對碳纖維復合材料的鉆孔加工是非常重要的。

  華菱超硬碳纖維復合材料鉆孔刀具可進行多刃口設計,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,可避免材料分層現象,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。

金剛石刀具解決碳纖維復合材料切削加工難題

  華菱超硬PCD鉆頭

 ?。?)碳纖維復合材料銑削刀具

  華菱超硬推出的碳纖維復合材料銑削刀具有:金剛石銑刀片及配套銑刀盤、金剛石立銑刀、金剛石螺旋立銑刀、金剛石單刃銑刀、金剛石雙刃銑刀、金剛石球頭銑刀以及非標金剛石銑刀等,華菱超硬金剛石銑刀的優勢在于規格齊全、非標定制可快速交貨,并能夠根據樣品效果快速進行改進提升;另一優勢在于其具備內冷性能,在對CFRP碳纖維增強復合材料板材進行銑削加工時,在壓縮空氣的作用下,內冷孔可以促進CFRP碳纖維增強復合材料切屑經銑刀螺旋排屑槽快速排出;在對CFRP\鈦層疊板材料進行加工時,可以通過密封的內部冷卻通道進行冷卻潤滑,在促進潤滑的同時還可以降低在鈦材料加工中形成的高熱,因為這種材料的熱傳導率較低,而金剛石PCD刀具的切削溫度不宜過高(600°以內為佳)。

金剛石刀具解決碳纖維復合材料切削加工難題

  華菱超硬pcd銑刀

 ?。?)碳纖維復合材料車削刀具

  華菱超硬推出的碳纖維復合材料車削刀具有:金剛石刀片、金剛石車刀以及非標金剛石刀具等,車削加工是在CFRP碳纖維增強復合材料加工中應用非常多的方法也是很基礎的方法,通常適用于圓柱表面預定公差的實現。適合車削碳纖維復合材料可以應用的刀具主要材料為:硬質合金或陶瓷以及聚晶金剛石。加工工藝中進刀速率,吃刀深度,和切削的速度都會影響工件成品表面質量和道具損壞程度,這也是進行技術優化的目標方向。

金剛石刀具解決碳纖維復合材料切削加工難題

  華菱超硬PCD刀片圖文轉至網絡,若內容涉嫌侵權,請告知我們刪除!