一文了解金属基复合材料的刀具选择（含铣削/钻孔/车削）

  金属基复合材料(metal ** trix composite)，简称(MMC)是以金属及其合金为基体，与一种或几种金属或非金属增强相人工结合成的复合材料。其增强材料大多为无机非金属，如陶瓷、碳、石墨及硼等，也可以用金属丝。是一种难加工的新型复合材料，如何选择刀具加工金属基复合材料呢？且看下文。

  一、金属基复合材料介绍

  1.金属基复合材料按金属或合金基体不同，可分为铝基复合材料、镁基复合材料、钛基复合材料、镍基复合材料、铜基复合材料、高温合金基复合材料、金属间化合物基以及难熔金属基复合材料等。

  2.金属基复合材料按增强体的类别来分类，可分为颗粒增强金属基复合材料（如Al2O3，SiC增强相轻合金基复合材料）、短纤维/晶须增强金属基复合材料、长纤维增强金属基复合材料、层状复合材料。

  二、金属基复合材料加工难点

  金属基复合材料广泛应用于航空航天、军事领域、轨道交通、医疗领域、电子电器等领域，因其具有耐磨损、良好的导热性能、高韧性、线膨胀系数小、良好的导电性能、高冲击性能、耐高温、高比强度等优良性能特点，同时这些优良特性也不同程度的给金属基复合材料的机加工带来难点。

  尤其是金属基复合材料里的研磨性增强相使它们难以被切削加工，而且造成刀具严重磨损，如何选择刀具使得金属基复合材料加工的表面粗糙度较小，刀具寿命长，成为解决金属基复合材料加工难点的主要研究方向。

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  三、金属基复合材料加工刀具材质

  尽管金属基复合材料可以通过各种少量甚至无切削加工工艺制成不同精度和不同形式的制件，但是对于有较高精度要求的工件，切削加工仍是不可避免的。由于金属基复合材料中的增强相具有极大的研磨性，传统的刀具材料如高速钢和硬质合金，已经不能满足切削加工金属基复合材料的切削加工、特别是精加工的要求。

  最近几年，世界各工业发达国争相发展新型聚晶金刚石刀具材料，以解决金属基复合材料的切削加工难题。其中最具有代表性的是研发的CDW010、CDW302和CDW850等系列聚晶金刚石刀具材料，一般情况下，颗粒越粗，刀具的耐磨性能越好。

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  四、华菱超硬金刚石刀具加工金属基复合材料的优势

  正确选择刀具材料和切削用量，才能保证金属基复合材料的加工质量和较高的加工效率，华菱超硬金刚石刀具切削加工金属基复合材料的优势：

  1.刀具寿命长

  华菱超硬PCD刀具和金刚石涂层刀具加工金属基复合材料，平均刀具耐用度是其他刀具材料的50-100倍，而且，当其他刀具材料磨损急剧增加时，华菱超硬PCD刀具和金刚石涂层刀具的磨损率仍然保持稳定不变。

  2.加工表面光洁度好

  积屑瘤和增强相是影响金属基复合材料加工表面粗糙度的两个主要因素，积屑瘤在切削过程中会促进鳞刺生成，从而会使表面加工质量降低，而华菱超硬金刚石涂层刀具相比其他刀具，积屑瘤的情况非常少，获得的加工表面粗糙度Ra最小，光洁度也最好。

  金刚石涂层刀具的金刚石镀层实际上是一系列金刚石薄膜按沉积顺序的堆砌，刃口外凸的金刚石颗粒容易在高硬度增加相和硅相的不连续冲击下产生裂纹，当裂纹扩展到一定程度就可能造成20-50微米宽的崩裂带，这个狭长的崩裂带一旦形成，就像负倒棱一样大大增加了刃口强度，阻止了崩裂带的进一步发展，所以金刚石涂层刀具不仅刀具耐用度高，而且比其他刀具材料更容易获得高质量的加工表面。

  五、华菱超硬加工金属基复合材料的金刚石刀具

  华菱超硬聚晶金刚石刀具，是将一定厚度的聚晶金刚石层在烧结过程中与硬质合金基体粘接成一个整体，得到PCD金刚石刀片，同时拥有金刚石的高硬度、高耐磨性和高导热率，和碳化钨的高强韧性相结合。硬质合金基体能制作成各种刀具形状，这也就使得聚晶金刚石刀具可制作成多种刀具种类，如金属基复合材料铣削、钻孔、车削刀具等。

  1.金属基复合材料铣削刀具

  金属基复合材料零部件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，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，华菱超硬可根据用户的具体需求定制铣刀规格，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。

  华菱超硬PCD铣刀

  2.金属基复合材料钻孔刀具

  金属基复合材料的钻孔加工中，刀具磨损和加工表面质量是衡量刀具的主要指标，钻削金属基复合材料时，钻头磨损主要发生在后刀面，磨损原因主要是磨料磨损，而华菱超硬用于孔加工和扩孔加工刀具中的麻花钻、多阶扩孔钻铰刀，可进行多刃口设计，并且可根据具体加工情况调整角度及锋利度，在复合材料上进行孔加工时，减少钻头的切削力，提高刀具的使用寿命，锋利的切削刃部能够保证孔的良好质量；钻铰锪一体刀具，钻孔和锪窝一次完成，省略了用常规钻头和铰刀加工时所需要的退刀、换刀和转位，可以大大提高加工效率。

  华菱超硬PCD钻头

  3.金属基复合材料车削刀具

  金属基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，针对特殊金属基复合材料工件（如汽车零部件）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更好。

  华菱超硬PCD刀片