复合材料的切削加工工艺与刀具选择（含车削、铣削、钻削）

  轻量是原材料运用的关键方位，高强度钢板、质轻铝合金、复合材料是未来发展方位，与此同时复合材料也迈入了较好的未来发展机会，碳纤维材料和玻纤复合材料因其重量较轻、抗压强度大、可设计方案性好、抗冲击及抗腐蚀等优点，其抗拉强度是金属材料的3～5倍，耐冲击抗压强度超过1500 MPa，达到高韧性零件规定；净重比铸铁件轻50%，比压铸件轻30%，轻量减脂实际效果十分明显，因而已被广泛运用于车辆、航天航空、风速风力发电等行业。

  图1 复合材料的关键主要用途

   一、复合材料的切削加工方法

  1.复合材料的铣削加工

  车削加工是在复合材料（CFRP）加工中运用较多的方式也是最根本的方式，通常适用圆柱体表层预订尺寸公差的完成。合适铣削可以运用的刀具关键原材料为：硬质合金刀具、聚晶金钢石。

  加工全过程中，走刀速率、吃刀深层和切削速率等主要参数和刀具性能都是会危害产品工件制成品表层质量，这也是技术优化的关键总体目标方位。

  2.复合材料的切削加工

  铣削加工通常是对制成品产品工件进行再加工的一种加工方法，加工精密度规定较高，是对繁杂产品工件粗加工后的整修性的切削全过程。

  在加工过程中，端车刀和复合材料（CFRP）中间要开展繁杂的相互影响，非常容易导致CFRP产品工件存有没断开的化学纤维棉纱及其分层状况。为降低和防止相近缺点造成，必须在加工早期科学合理预测分析切削力和轴分层、未断开的化学纤维棉纱毛刺等状况的产生，操纵加工加工工艺基本参数，如化学纤维趋向、径向和法向走刀速率、切削速度等，必须不断试验化学纤维趋向、径向和法向走刀速率，产生最好主要参数，开展切削加工。此外，刀具材料的挑选，也会对产品工件外表粗糙度造成明显危害，挑选适宜的刀具材料，设定有效的加工工艺主要参数，可能合理降低毛边毛刺的造成。

  图2 华菱超硬PCD车刀（可订制）

  3.复合材料的打孔加工

  钻孔加工时复合材料产品工件常见的加工方法，也是关键难题，如在复合材料（CFRP）打孔全过程中，原材料的矿压状况、刀具的损坏及其孔内腔的产品质量问题等。

  经试验剖析，设定的切削主要参数、麻花钻的立体几何形状及其切削加工的品质对复合材料的打孔加工均造成显著危害。通常把损害区较大直徑和直径比例称之为损害因素，也是表明分层状况的水平，分层因素越大，表明分层问题越为比较严重。根据试验可以逻辑推理，切削全过程中推动力和分层状况造成也是有内在联系，推削力的大小也可表明分层水平。根据同样的打孔原材料，有别于别的加工方法，打孔加工中切削速度不容易给切削力造成非常大危害。

  在同一切削主要参数下，与麻花钻头对比，主要参数对混合型独特麻花钻的分层危害较低。针对成形的非标准麻花钻，比较大的走刀速率和麻花钻直徑可以降低分层，而且打孔切削力会伴随着直徑比的减少而扩大，伴随着走刀速率的扩大而增大。

   二、复合材料的切削加工难题

  复合材料的切削加工难点关键反映在：

  （1）复合材料固层抗压强度低，易在切削力的作用下造成分层；

  （2）化学纤维复合型抗压强度高，匀称性较弱，难切削；

  （3）精密度规定高，无法容忍加工全过程中的一点点出现异常误差；

  （4）预加工增加值高，不允许废料的造成。

   三、复合材料的切削加工刀具材料挑选

  有效挑选刀具材料，是加工复合材料的主要标准，依据复合材料的加工特性，规定刀具原材料和刀具几何图形主要参数相对性有效，既要耐磨损、锐利，又要排热标准好，才可以合理地断开化学纤维，做到有效的刀具使用寿命。

   1.高效率切削加工复合材料的刀具材料——PCD和CVD金钢石刀具

  金刚石的强度可达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，确保较高的外表光滑度，降低修磨刀具、打磨抛光等輔助時间，缓解作业者的劳动效率，进一步提高生产率。

   2.PCD型号CDW010的性能

  如下图3所显示，PCD的耐腐蚀性和抗崩刃性能非常大水平上在于其粒度分布的尺寸。在其中CDW025的粒度分布最粗，CDW302为2μm和25微米的混和粒度分布，她们的的耐磨损性能最好是，CDW850的粒度分布最少，耐磨性能和抗崩刃性能都很好；CDW010为适中粒度分布，耐磨性能和抗崩刃性能配对均衡，性能出色，加工复合材料时通常选用CDW010材料。

  图3 PCD型号的性能

  图4为华菱超硬6种不可以粒度分布的PCD——CDW850/CDW002/CDW005/CDW010/CDW025/CDW302的性能特性以及外部经济构造。

  图4 PCD型号的性能特性

  3.复合材料典型性运用之风电叶片刀具计划方案

  选用玻纤提高复合材料的风电叶片，无论从性能层面、或是耐磨性能、耐热性、抗腐蚀层面都比传统式的铝型材、不锈钢板材、木料这类的好许多，备受风电企业的热烈欢迎。在其中加工玻纤风电叶片用金钢石刀具计划方案如下所示：

  （1）叶面根处加工：用金钢石刀具CDW010材料镗孔刀头，常见型号规格有：WCMT06T3，WCMT0905

  （2）叶面根处端面铣削：叶面根处被切割后，表层不整平，要用金钢石铣刀片对风电叶片根处内孔开展切削加工，常见刀头型号规格：CDW010材料SEHT1204和SPMT16T4。

  （3）风电叶片打孔刀具：金钢石电镀工艺绞刀

  图5 风电叶片加工刀具计划方案