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山高刀具引领复合材料的跨领域应用

信息来源:jjjuuu.com   时间: 2012-09-10  浏览次数:657

  复合材料是由两种不同材料结合在一起,形成一种新材料,特性超过原本的两种基体材料。早在古埃及时代,人类便用泥巴和麦秆结合形成最早的“复合材料”,强度超过泥巴和麦秆本身。

  现代常见复合材料根据基体材料不同分为塑料基复合材料(本文仅限讨论塑料基复合材料),金属基复合材料,陶瓷基复合材料等;塑料基复合材料又根据糅合入基体类的不同材料,分为碳纤维,玻璃纤维(俗称玻璃钢),芳纶等材料。更有多种不同材料叠加,如碳纤维+铝合金,碳纤维+蜂窝材料,玻璃纤维+钛合金等材料。

  复合材料可以根据强度设计要求,设计不同的纤维编织方向,选择单方向提高材料强度,分为平织,斜纹织,缎纹织等各种纤维铺设方向方法。同时,塑料基复合材料,又可以根据基体分为热塑性复合材料和热固性复合材料;热塑性材料会在高温下融化为液体,并且在低于融化温度后变为固体。这个过程可以被不断重复,类似小的方冰块。热固性材料特性不同。足够的热量会产生化学反应,称为“交联”,材料会永远变形。热固即为,随热而固。交联后,热固材料不会融化。过高温度,热固材料会烧焦,物理特性会降低。

  复合材料与金属相比,具有以下特点:

  ·减少重量;

  ·减少零部件数量,更高强度和刚性;

  ·更好耐冲击性,更好耐疲劳性,更好隔热和隔音性,更好防振和噪音衰减性,无电流腐蚀性;

  ·控制纤维方向,确定材料不同方向特性;

  ·生产复杂形状产品。

  由于复合材料由两种或者多种材料糅合在一起,而且纤维的铺设方向,分层不同,所以对加工提出了更高的挑战,在加工过程中容易产生以下问题:刀具快速磨损,毛刺过大,材料分层,剩余纤维未切除,加工过热等问题。

  复合材料加工与金属加工机理有着本质的不同,金属加工时被加工材料比切削刀具更软,切削过程中被加工材料沿着剪切面形成连续的塑形变形,从而形成连续的,锯齿状的断续的切屑变形。而复合材料加工,本身为一系列脆性破坏过程,切削刃的撞击使得坚硬的纤维粉碎,形成粉末状或者毛刷状的碎屑。

  由于复合材料的高耐磨性,刀具通常采用金刚石涂层或者PCD(聚晶金刚石)刀具切削。同时,复合材料加工过程中,需要锋利的切削刃,将纤维切除。金刚石涂层可以显着提高刀具寿命,但是金刚石涂层在涂层前需要刃口处理,方便涂层附着,同时金刚石涂层本身有一定厚度,所以会造成金刚石涂层刀具较不锋利,通常刃口圆角约为20um。PCD刀具直接刃磨而成刃口,所以可以比较锋利,通常刃口圆角约为10um。

  剪切,切屑流经过切削面                                粉碎,切削刃使基体破碎
  切削区有良好的散热                         切削区的散热较少

  两种刀具的选择通常根据客户生产规模来定,如果是小批量,多品种产品加工,可以采用金刚石涂层刀具;如果是大批量定型产品,追求效率,可以采用PCD刀具。加工常见碳纤维复合材料,金刚石涂层刀具铣削线速度约为200-400m/min,而PCD刀具铣削线速度可以达到400-800m/min。

  复合材料广泛应用于航空航天,能源(风电叶片),汽车,运动器材,医疗,游艇等行业,主要目的为材料的高强度和低密度。如常见的碳纤维,强度接近高强度钢,而密度为2.4g/cm3,比铝合金密度还低;芳纶材料密度更低至1.3-1.4g/cm3。

  山高刀具提供完整的加工复合材料铣刀钻头,分为两个系列,金刚石涂层和PCD铣刀,全部为标准产品推向市场。

山高<a href='http://www.jjjuuu.com' target='_blank'>刀具</a>引领复合材料的跨领域应用

  金刚石涂层铣刀工分为5种:

  ■小螺旋角铣刀:减小轴向切削力,减少毛刺,可以应用于所有塑料基复合材料,并可以很好加工高含硅铝合金;

  ■小螺旋角球头铣刀:主要用于加工材料成形,如航空起落架型面加工;

  ■左旋右旋铣刀:将材料至于螺旋角交叉处,完全抵消加工过程中的轴向切削力,从而实现最好的加工表面质量,主要用于军工行业;

  ■菠萝铣刀:采用更多的左旋齿,将材料下压,提供工装刚性,获得较好表面质量,主要用于加工碳纤维复合材料;

  ■蜂窝材料专用铣刀:锯齿状切削刃设计,锋利刃口,轻快切除,防止压倒蜂窝,主要用于加工,纸蜂窝板,铝蜂窝板和钛合金蜂窝板。

  PCD铣刀分为3种:

  ·0度刃倾角PCD铣刀:适用于绝大多少应用的各种复合材料(包括塑料基复合材料,金属基复合材料和陶瓷基复合材料);

  ·正3度刃倾角PCD铣刀:加工过程中将材料下压,从而得到最好的上表面表面质量;

  ·负3度刃倾角PCD铣刀:加工过程中将材料上推,从而得到最好的上表面表面质量。

  金刚石涂层钻头分为2种:

  ·C1钻尖设计:由两个顶点角形成,减小轴向切削力,防止分层,用于加工出口为复合材料的材料;

  ·C2钻尖设计:由180度平面顶点角和小钻尖形成,较好的断屑和排屑设计,保证孔的质量。适用于加工出口为金属材料的叠加复合材料,如碳纤维+铝合金等材料。

  PCD钻头为复合钻尖设计,可以加工复合材料出口材料,也可以加工金属材料出口材料,也可以实现加工芳纶孔,最好的孔面质量。

  山高刀具也可以根据客户要求,专门定制各种加工复合材料的刀具。下面为一些加工航空航天工件的案例:

  1. 客户:俄罗斯RUSAVIAINTER

  材料:碳纤维

  山高刀具: JC840左旋右旋铣刀

  轮廓铣削:ae=5 mm

  Ap=工件厚度8mm

  Vc=180 m/min

  Fz=0.02

  顺铣,切削顺滑,表面质量良好。

  2. 空中客车公司(法国)

  材料:碳纤维

  机床:Jobs Jomach 159

  山高刀具:标准PCD钻头X31,直径6.35 mm

  线速度:Vc=180 m/min

  进给: 850 mm/min

  切削毛刺较小,刀具寿命达到60分钟以上

  3. 客户:某航空发动机客户

  材料:碳纤维+铝蜂窝+碳纤维板

  机床: Creno liner 5轴

  山高刀具: JC860蜂窝加工铣刀,直径10mm

  切削宽度:铣削开槽

  切削深度:40 mm

  线速度: 160 m/min

  进给速度:300 mm/min

  随着复合材料生产成本的不断降低,产量大幅提升,其应用范围也越来越广,随之带来的加工挑战也不断增加,我们必须不断研制更多新型专用复合材料刀具,满足市场需求。

    ——本信息真实性未经中国刀具网证实,仅供您参考