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復合材料加工與金屬加工機理有著本質的不同,金屬加工時被加工材料比切削刀具更軟,切削過程中被加工材料沿著剪切面形成連續(xù)的塑形變形,從而形成連續(xù)的,鋸齒狀的斷續(xù)的切屑變形。而復合材料加工,本身為一系列脆性破壞過程,切削刃的撞擊使得堅硬的纖維粉碎,形成粉末狀或者毛刷狀的碎屑。
由于復合材料的高耐磨性,刀具通常采用金剛石涂層或者PCD(聚晶金剛石)刀具切削。同時,復合材料加工過程中,需要鋒利的切削刃,將纖維切除。金剛石涂層可以顯著提高刀具壽命,但是金剛石涂層在涂層前需要刃口處理,方便涂層附著,同時金剛石涂層本身有一定厚度,所以會造成金剛石涂層刀具較不鋒利,通常刃口圓角約為20um。PCD刀具直接刃磨而成刃口,所以可以比較鋒利,通常刃口圓角約為10um。
兩種刀具的選擇通常根據(jù)客戶生產規(guī)模來定,如果是小批量,多品種產品加工,可以采用金剛石涂層刀具;如果是大批量定型產品,追求效率,可以采用PCD刀具。加工常見碳纖維復合材料,金剛石涂層刀具銑削線速度約為200-400m/min,而PCD刀具銑削線速度可以達到400-800m/min。
復合材料廣泛應用于航空航天,能源(風電葉片),汽車,運動器材,醫(yī)療,游艇等行業(yè),主要目的為材料的高強度和低密度。如常見的碳纖維,強度接近高強度鋼,而密度為2.4g/cm3,比鋁合金密度還低;芳綸材料密度更低至1.3-1.4g/cm3。山高刀具提供完整的加工復合材料銑刀和鉆頭,分為兩個系列,金剛石涂層和PCD銑刀,全部為標準產品推向市場。
金剛石涂層銑刀工分為5種:
小螺旋角銑刀:減小軸向切削力,減少毛刺,可以應用于所有塑料基復合材料,并可以很好加工高含硅鋁合金;
小螺旋角球頭銑刀:主要用于加工材料成形,如航空起落架型面加工;
左旋右旋銑刀:將材料至于螺旋角交叉處,完全抵消加工過程中的軸向切削力,從而實現(xiàn)好的加工表面質量,主要用于軍工行業(yè);
菠蘿銑刀:采用更多的左旋齒,將材料下壓,提供工裝剛性,獲得較好表面質量,主要用于加工碳纖維復合材料;
蜂窩材料專用銑刀:鋸齒狀切削刃設計,鋒利刃口,輕快切除,防止壓倒蜂窩,主要用于加工,紙蜂窩板,鋁蜂窩板和鈦合金蜂窩板。
PCD銑刀分為3種:
0度刃傾角PCD銑刀:適用于絕大多少應用的各種復合材料(包括塑料基復合材料,金屬基復合材料和陶瓷基復合材料);
正3度刃傾角PCD銑刀:加工過程中將材料下壓,從而得到好的上表面表面質量;
負3度刃傾角PCD銑刀:加工過程中將材料上推,從而得到好的上表面表面質量。
金剛石涂層鉆頭分為2種:
C1鉆尖設計:由兩個頂點角形成,減小軸向切削力,防止分層,用于加工出口為復合材料的材料;
C2鉆尖設計:由180度平面頂點角和小鉆尖形成,較好的斷屑和排屑設計,保障孔的質量。適用于加工出口為金屬材料的疊加復合材料,如碳纖維+鋁合金等材料。