金刚石刀具解决碳纤维复合材料切削加工难题

  碳纤维提高复合材料具有较高的强度和比刚度，是以碳纤维或碳纤维纺织品为改进体，以环氧树脂、瓷器、金属材料、混凝土、碳或塑料为基材生成的复合材料。轻量级的实际效果非常显著，广泛应用于航空航天、汽车制造业和军用商品。然而，碳纤维复合材料的切割和加工存在一定的难度因素。本文讨论了如何选择刀具处理碳纤维复合材料的切割和加工难点。

  一、碳纤维复合材料分类

  碳纤维复合材料可分为以下两个层次：

  （1）根据碳纤维的物理性能，可分为高韧性、超高模量、高韧性和高抗压强度。碳纤维改进复合材料很常见(CFRP)、碳纤维增强瓷基复合材料、碳/碳复合材料、碳纤维增强金属材料基复合材料、碳纤维增强环氧树脂复合材料等。

  (2)根据短纤维的类型可分为聚噻命基碳纤维(PAN)、甲基纤维素基碳纤维(粘胶基碳纤维)、沥清基碳纤维、酚醛树脂基碳纤维等。

  使用碳纤维复合材料

  二、碳纤维复合材料切割加工难点

  为什么碳纤维复合材料很难加工？由于碳纤维复合材料在整个加工过程中，环氧树脂和化纤内部联系复杂，通常发生碳纤维金属拉或去除，碳纤维复合材料具有高热稳定性和耐磨性，在整个加工过程中会造成大量的切割热及其损坏，对加工机械设备的需求也很高。碳纤维方向30°、60°、90°是最重要的方向，它们会对切削力造成很大的集中损伤。碳纤维复合材料难加工的一个关键因素是对刀具的损坏非常严重，损坏迅速。损坏的关键分为尖刀损坏、刀具侧损坏和刀具边缘损坏；此外，切程的主要参数也会明显损坏刀具。

  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工具材料和硬合金工具、金刚石涂层工具、聚晶金刚石（PCD）刀具。

  (1)硬质合金刀具选择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，对作业者的规定高、品质不稳定，不可以达到商品的大批量生产规定。

  (2)金刚石涂层刀具是硬质合金刀具的整体刀具或PCD在刀头基材上涂金刚石可以提高切削刃的耐磨性。它不仅具有金刚石的高韧性和耐磨性，而且能在长加工周期内保持原刀具的几何图形结构，保证加工的实际效果。

  (3)聚晶金刚石刀具是现阶段碳纤维复合材料加工的理想刀具。PCD的强度可达9000HV，是硬质合金刀具的4~6倍，耐磨性高(是硬质合金刀具的十倍以上)，如华菱超硬CDW010材料具有优异的耐磨性，同时保持锋利的刀口，合理切断化纤，保证外观光滑度高，减少磨削工具、抛光等辅助时间，缓解操作人员的劳动效率，进一步提高生产率。

  华菱超硬PCD刀具型号特点

  四、金刚石刀具处理碳纤维复合材料切加工难点

  由于纺织材料与金属材料的物理性能差异较大，在整个加工过程中容易出现毛边、分层破裂等缺点。因此，在加工航空航天领域的零件时，聚晶金刚石（PCD）刀具的加工质量比传统钴合金硬质合金刀具高。

   (1)碳纤维复合材料打孔刀具

  华菱超硬产品开发的碳纤维复合钻刀有：金刚石麻花钻、金刚石麻花钻、金刚石麻花钻、金刚石阶梯钻、非标准金刚石麻花钻等，选用进口PCD塑料板为切削刃，具有很好的耐磨性，以钴合金硬合金刀为基材，硬合金刀具基材具有很好的刚度和规格精度，能保证打孔切削的加工质量，并设计方案内冷(内螺旋制冷)安全通道，提高制冷特性，对于碳纤维复合材料的打孔加工，麻花钻螺旋铣面槽可以提高铣面特性，从而提高加工效率。

  华菱超硬碳纤维复合材料冲孔刀具可进行多刀口设计方案，并可根据实际加工条件调整视角和锐度。在复合材料上进行孔加工时，可以降低麻花钻的切削力，防止原材料分层。锐利的切削刃可以保证孔的优良品质；钻铰链一体化工具，一次钻孔和孔，省去了基本麻花钻和绞刀加工所需的退刀、换刀和七和弦，可以进一步提高加工效率。

  华菱超硬PCD麻花钻

   (2)碳纤维复合材料切割刀具

  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、金刚石双刃铣刀、金刚石球笼车刀及其非标准金刚石车刀等，华菱超硬金刚石铣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改善提高；另一优点取决于其具有内冷特性，而金刚石PCD刀具的切削温度不宜过高(600°内为宜)。而金刚石PCD刀具的切削温度不适合过高（600°之内为宜）。

  华菱超硬pcd车刀

   (3)碳纤维复合材料铣刀

  华菱超硬发布的碳纤维复合铣削刀具有：金刚石刀头、金刚石车床刀及其非标准金刚石刀具等，铣削加工在CFRP碳纤维改进复合材料的加工也是一种非常基本的方法，通常适用于圆柱形表面预订尺寸公差的完成。碳纤维复合材料的关键原是：硬合金工具或瓷器及其聚晶金刚石。在加工过程中，吃刀的深度和切割速度都会危及产品工件制成品的表面质量和游戏道具的破坏程度，这也是技术优化的总体目标。

  华菱超硬PCD刀头