2019郑州工博会｜如何选择碳纤维复合材料钻孔/铣削/车削刀具？

  CFRP碳纤维提高复合材料具备品质轻、抗压强度高的优势，在航天航空行业拥有很多的运用，如航天飞船的舱门、仿生机械臂及其高压容器等。生产技术的持续发展趋势，优秀民航客机在结果中很多地应用了碳纤维提高环氧树脂基复合材料，关键位置有：整流器包皮过长、副翼、汽车发动机罩、摩擦阻力板、扰流器、起落架舱门、水准和纵向汽车尾翼、方向舵以及他关键及主次承力零部件等。在民用型行业，CFRP碳纤维提高复合材料的运用也不断发展，如车辆零部件、风能发电机叶面、体育器械等。

  碳纤维提高复合材料具备较高的强度、比刚度，是以碳纤维或碳纤维纺织物为提高体，以环氧树脂、瓷器、金属材料、混凝土、碳质或塑胶等为基材所建立的复合材料，轻量实际效果十分非常明显，在航天航空、汽车制造业、军用商品中获得广泛运用。可是对碳纤维复合材料的切削加工有一定的难度系数，文中融合华菱超硬很多年来产品研发金刚石刀具的工作经验，对如何选择刀具处理碳纤维复合材料的切削加工难点开展讨论。

  碳纤维复合材料运用

  一、碳纤维复合材料的归类

  碳纤维复合材料可从下列2个层面开展归类：（1）依据碳纤维的物理性能可分成高韧性，超高韧性，高韧性和极高抗压强度4种，常见的有碳纤维提高复合材料(CFRP)、碳纤维提高瓷砖基复合材料、碳/碳复合材料、碳纤维提高金属材料基复合材料、碳纤维提高环氧树脂复合材料等。（2）依据短纤维的种类可分成聚噻吩基碳纤维(PAN)、甲基纤维素基碳纤维(黏胶基碳纤维)、沥清基碳纤维、酚醛树脂基碳纤维等。

  二、碳纤维复合材料切削加工难点

  为什么说碳纤维复合材料难加工呢？是由于碳纤维复合材料在加工全过程中，环氧树脂与化学纤维存有繁杂的内部结构内在联系，通常会发生碳纤维金属拉丝或是摆脱，而且碳纤维复合材料具备较高的热稳定性和耐磨性能，在加工全过程中会形成很多的切削热及其损坏，对加工机器设备的需求也很高。碳纤维方位30°、60°、90°是最核心的方位，他们会造成大的切削力集中化损坏，碳纤维复合材料难加工的一个关键因素便是对刀具的损坏特别比较严重，并且损坏迅速，损坏关键分成尖刀损坏、刀具侧边损坏、刀具边沿损坏；此外，切削加工工艺主要参数也会明显危害到刀具的损坏。

  三、如何选择刀具材料加工碳纤维复合材料？

  碳纤维复合材料加工刀具材料与硬质合金刀具、金刚石镀层刀具、聚晶金刚石（PCD）刀具。

  （1）硬质合金刀具刀具选用YG类加上TaC或NbC极细颗粒物硬质合金刀具，该类材料刀具耐温性和抗氧化好，但加工碳纤维复合材料时，刀具损坏比较严重，零件外表层不光滑有撕破印痕，切削加工中必须经常换刀、磨刀技巧，加工高效率低，对工作人员的规定高、品质不稳定，不可以达到设备的大批量生产规定。（2）金刚石镀层刀具是在硬质合金刀具总体刀具或PCD刀头的基材上做金刚石镀层，可使切削刃耐磨性能高些，不但有着金刚石的高韧性和耐磨性能，并且能在很长的加工周期时间内维持原来刀具的几何图形构造，确保加工实际效果。

  （3）聚晶金刚石刀具是现阶段加工碳纤维复合材料较为理想的刀具，聚晶金刚石PCD的强度可达9000HV，是硬质合金刀具的4～6倍，具备很高的耐磨性能（是硬质合金刀具的十几倍），如华菱超硬CDW010材料，具有出色的耐磨性能，与此同时维持锐利的刀口，可合理地断开化学纤维，确保较高的表层光滑度，降低修磨刀具、打磨抛光等协助时长，缓解作业者的劳动效率，进一步提高生产率。

  华菱超硬聚晶金刚石粒度分布特性

  四、华菱超硬金刚石刀具处理碳纤维复合材料切削加工难点

  因为纺织材料和金属复合材料的物理性能有较大的区别，非常容易在加工全过程中发生毛边、分层次破裂等缺点，因此在加工航空航天领域内的零配件时，聚晶金刚石（PCD）刀具要比传统式的钴合金硬质合金刀具刀具得到更多的加工品质。

  （1）碳纤维复合材料打孔刀具

  华菱超硬产品研发的碳纤维复合材料打孔刀具有：金刚石麻花钻、金刚石钻绞刀、金刚石麻花钻头、金刚石阶梯钻及非标准金刚石麻花钻等，选用进口的PCD塑胶板材为切削刃，具备不错的耐磨性，以钴合金硬质合金刀具为基材，硬质合金刀具基材具备不错的刚度和规格精密度，可以保证打孔切削的加工品质，并设计方案内冷（内部结构螺旋式制冷）安全通道提升制冷特性，麻花钻螺旋铣面槽可提升铣面特性，从而提升加工高效率，这对碳纤维复合材料的打孔加工是十分关键的。

  华菱超硬碳纤维复合材料打孔刀具可开展多刀口设计方案，而且可依据实际加工状况调节视角及锐利度，在复合材料上开展孔加工时，降低麻花钻的切削力，可防止原材料分层次状况，锐利的切削刃部可以确保孔的优良品质；钻铰锪一体刀具，打孔和锪窝一次进行，省去了用基本麻花钻和绞刀加工时需需用的退刀、换刀和转位，可以进一步提高加工高效率。

  华菱超硬金刚石麻花钻

  （2）碳纤维复合材料切削刀具

  华菱超硬发布的碳纤维复合材料切削刀具有：金刚石铣刀片及配套设施铣刀盘、金刚石合金铣刀、金刚石螺旋式合金铣刀、金刚石单刃车刀、金刚石双刃车刀、金刚石球笼车刀及其非标准金刚石车刀等，华菱超硬金刚石车刀的优点取决于规格型号齐备、非标准订制可迅速交货，并可以依据试品实际效果迅速开展优化提高；另一优势取决于其具有内冷特性，在对CFRP碳纤维提高复合材料家具板材开展切削加工时，在空气压缩的效果下，内冷孔可以推动CFRP碳纤维提高复合材料切削经车刀螺旋式铣面槽迅速排出来；在对CFRP/钛重叠板原材料开展加工时，可以根据密封性的内部结构制冷安全通道开展制冷润化，在推动润化的并且还能够减少在钛原材料加工中产生的高烧，由于这类资料的热传导率较低，而金刚石PCD刀具的切削环境温度不能过高（600°之内为宜）。

  华菱超硬金刚石合金铣刀

  （3）碳纤维复合材料铣削刀具

  华菱超硬发布的碳纤维复合材料铣削刀具有：金刚石刀头、金刚石车床车刀及其非标准金刚石刀具等，铣削加工是在CFRP碳纤维提高复合材料加工中运用十分多的办法也是很基本的方式，通常适用圆柱体表层预订尺寸公差的完成。合适铣削碳纤维复合材料可以运用的刀具关键原材料为：硬质合金刀具或瓷器及其聚晶金刚石。加工加工工艺中走刀速度，吃刀深层，和切削的速率都是会危害产品工件制成品表层质量和游戏道具毁坏水平，这也是开展技术优化的总体目标方位。

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