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华菱超硬PCD刀具解决复合材料加工难题

日期: 2018-08-07    来源:中国刀具商务网

  随着现代高新技术的迅猛发展,并且由于材料的使用环境越来越复杂,人们对材料的要求也越来越高,所以材料的复合化是未来新材料的重要发展方向,在巨大的市场需求牵引下,复合材料产业的发展将有很广阔的发展空间。其中金属基复合材料、陶瓷基复合材料、聚合物基复合材料和碳碳复合材料构成了现代复合材料体系。

  而复合材料加工难题一直是困扰机加工人的一大难题,华菱超硬从复合材料车削、铣削、钻削等机加工方面,对复合材料加工难题的刀具解决方案进行分享。

  1.复合材料加工难题的提出

  复合材料(Composites)是由两种或两种以上不同性质材料组成的多相材料,复合材料在机加工时,主要难题在于如何提高制造工艺,尤其是机加工,由于复合材料结构的各层之间的材料特性不同,层间强度不均,较难切削加工,而且容易在切削力的作用下产生分层;并且复合材料工件预加工附加值高,精度要求高,不允许加工过程中的一点点异常偏差,更不允许废品的产生。

  2.如何选择刀具解决复合材料加工难题

  复合材料在机加工时,表现出与金属加工不同的机理及切削性能,这些是直接影响复合材料加工刀具选择的主要因素。

  (1)复合材料加工刀具材质选择

  虽然整体硬质合金刀具几乎适用于各种复合材料的切削加工,但刀具磨损快,而且切削速度低,限制了硬质合金刀具在复合材料加工中的应用。这是由于复合材料加工时,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。复合材料加工刀具的切削刃作用是切碎坚硬的纤维,在此过程中,切削刃要承受剧烈的磨蚀,所以一般选用华菱超硬金刚石(PCD)材质刀具加工复合材料。华菱超硬金刚石(PCD)材质的性能图如下:

  (2)复合材料加工刀具结构形式选择

  加工复合材料时,刀具材质会成为其切削性能的一个决定因素,而刀具的结构形状则会直接影响加工质量,要求复合材料加工刀具保持切削刃的几何形状和锋利性。整体硬质合金刀具具有保证工件尺寸精密公差、位置公差以及表面光洁度所必需的刚性和尺寸精度,并且能够持续优化切削集合结构,减小切削阻力、切削热量和未切削纤维拉丝、起毛等问题,并且能够更好的控制切屑。增加金刚石涂层(应用于整体硬质合金刀具或PCD刀片)或镶焊PCD材质(应用于整体硬质合金刀具或合金刀片)可使切削刃耐磨性更高,不仅拥有金刚石的高硬度和耐磨性,而且能在较长的加工周期内保持原有刀具的几何结构,保证加工质量效果,并已可用于复合材料的高速切削加工领域。

  此外,复合材料加工时,刀具的夹持固定性也非常重要,加工复合材料通常是在功率较小的轻型机床上进行加工,但需要采用高端刀具,并使用专门定制的夹具,以便在整个加工过程中紧密支撑工件,防止其刚性薄壁产生振动和破损。

  3.复合材料切削加工刀具解决方案

  在切削加工难加工的复合材料时,刀具结构形状的最佳化可充分发挥刀具材料的性能。复合材料主要应用于航空航天、军工、风力发电、汽车配件、轨道交通、机械加工、体育器材、船舶游艇等领域,机加工方式主要有车削、铣削、钻削等,并且需要进行高速切削加工,选择与复合材料加工特点相适应刀具结构形状和对刃尖进行适当处理,对提高切削精度和延长刀具寿命也有很大的影响,因此,针对复合材料的加工在刀具结构形状的选择方面不能掉以轻心。

  (1)复合材料孔加工刀具

  对难加工复合材料进行孔加工时,增大刀具的钻尖角,进行十字形修磨,可有效降低扭矩和切削热,并且延长复合材料加工刀具的使用寿命。同时,为了便于排屑,通常在钻头切削刃后侧设计冷却液喷出口,使排屑变得更为顺畅,而且这种方式对切削刃的冷却效果也很理想。

  (2)复合材料铣削加工刀具

  对于那些尺寸较大、外壁较厚的复合材料零部件(尤其是喷气发动机的外壳)需要进行大量的侧铣和面铣加工,一些孔加工通常也会涉及到铣削。对于精密面铣加工,最好选用在硬质合金刀具基体上焊接PCD切削刃的铣刀片,这种刀片具有较好的尺寸精度,所以刀刃在铣削中的定位精度较高,可得到较好的加工精度及表面粗糙度。对于复合材料的侧铣、槽铣加工,适宜选用立铣刀刀具结构,而通常所用的刀具都是右旋刀具,刀身的沟槽决定了铣削时切下的碎屑排出方向,如果做精密零部件的加工则建议选用左旋刀具,左旋刀具加工精密类特殊要要求工件有一定优势。

  (3)复合材料车削加工刀具

  复合材料加工中应用最多也最基础的是车削加工,复合材料车加工刀具相对钻孔、铣削工序结构相对简单,对于高效批量的车加工,一般选用硬质合金刀具基体镶PCD材质刀尖作为切削刃的机夹刀片,针对特殊复合材料工件(如碳碳坩埚)的车加工,也需要用到定制的非标车刀,在整体硬质合金或钢制车刀刀具集体上镶PCD切削刃,这种刀具具有良好的抗冲击、抗弯强度和抗振性能,同时刀具性能十分稳定,被加工后的复合材料零件表面光洁度良好。

  华菱超硬复合材料加工刀具,可根据具体加工需求进行“量体裁衣”式服务,针对性的为加工企业提供刀具选择方案,确保加工效果的针对性,更多关于复合材料加工刀具选择方案,可致电华菱超硬400-119-3315。

 

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