CFRP碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，在航空航天領(lǐng)域有著大量的應(yīng)用，如航天飛機(jī)的艙門(mén)、仿生機(jī)械臂以及壓力容器等。隨著航空制造技術(shù)的不斷發(fā)展，先進(jìn)民用飛機(jī)在結(jié)構(gòu)中大量地使用了碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料，主要部位有：整流包皮、副翼、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、阻力板、擾流器、起落架艙門(mén)、水平和垂直尾翼、方向舵及其他主要及次要承力結(jié)構(gòu)件等。在民用領(lǐng)域，CFRP碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的應(yīng)用也不斷擴(kuò)大，如汽車(chē)結(jié)構(gòu)件、風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片、體育器材等。

  碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有較高的比強(qiáng)度、比剛性，是以碳纖維或碳纖維織物為增強(qiáng)體，以樹(shù)脂、陶瓷、金屬、水泥、碳質(zhì)或橡膠等為基體所形成的復(fù)合材料，輕量化效果十分明顯，在航空航天、汽車(chē)行業(yè)、軍工產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。但是對(duì)碳纖維復(fù)合材料的切削加工有一定的難度，本文結(jié)合華菱超硬多年來(lái)研發(fā)金剛石刀具的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)如何選擇刀具解決碳纖維復(fù)合材料的切削加工難題進(jìn)行探討。

  碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用

  一、碳纖維復(fù)合材料的分類(lèi)

  碳纖維復(fù)合材料可從以下兩個(gè)方面進(jìn)行分類(lèi)：（1）根據(jù)碳纖維的力學(xué)性能可分為高模量，超高模量，高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度4種，常用的有碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)、碳纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料、碳/碳復(fù)合材料、碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料、碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料等。（2）根據(jù)原絲的類(lèi)型可分為聚丙烯腈基碳纖維(PAN)、纖維素基碳纖維(粘膠基碳纖維)、瀝青基碳纖維、酚醛基碳纖維等。

  二、碳纖維復(fù)合材料切削加工難題

  為什么說(shuō)碳纖維復(fù)合材料難加工呢？是因?yàn)樘祭w維復(fù)合材料在加工過(guò)程中，樹(shù)脂與纖維存在復(fù)雜的內(nèi)部相互關(guān)系，往往會(huì)出現(xiàn)碳纖維拉絲或者脫離，并且碳纖維復(fù)合材料具有較高的耐熱性和耐磨性，在加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的切削熱以及磨損，對(duì)加工設(shè)備的要求也很高。碳纖維方向30°、60°、90°是最關(guān)鍵的方向，它們會(huì)導(dǎo)致大的切削力集中磨損，碳纖維復(fù)合材料難加工的一個(gè)主要原因就是對(duì)刀具的磨損非常嚴(yán)重，而且磨損很快，磨損主要分為刀尖磨損、刀具側(cè)面磨損、刀具邊緣磨損；另外，切削工藝參數(shù)也會(huì)顯著影響到刀具的磨損。

  三、如何選擇刀具材質(zhì)加工碳纖維復(fù)合材料？

  碳纖維復(fù)合材料加工刀具材質(zhì)與硬質(zhì)合金、金剛石涂層刀具、聚晶金剛石（PCD）刀具。

  （1）硬質(zhì)合金刀具采用YG類(lèi)添加TaC或NbC超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金，此類(lèi)材質(zhì)刀具耐熱性和抗氧化性好，但加工碳纖維復(fù)合材料時(shí)，刀具磨損嚴(yán)重，零件外表面粗糙有撕裂痕跡，切削加工中需要頻繁換刀、磨刀，加工效率低，對(duì)操作者的要求高、質(zhì)量不穩(wěn)定，不能滿(mǎn)足產(chǎn)品的批量生產(chǎn)要求。（2）金剛石涂層刀具是在硬質(zhì)合金整體刀具或PCD刀片的基體上做金剛石涂層，可使切削刃耐磨性更高，不僅擁有金剛石的高硬度和耐磨性，而且能在較長(zhǎng)的加工周期內(nèi)保持原有刀具的幾何結(jié)構(gòu)，保證加工效果。

  （3）聚晶金剛石刀具是目前加工碳纖維復(fù)合材料較為理想的刀具，聚晶金剛石PCD的硬度可達(dá)9000HV，是硬質(zhì)合金的4～6倍，具有很高的耐磨性（是硬質(zhì)合金的幾百倍），如華菱超硬CDW010材質(zhì)，具備優(yōu)異的耐磨性，同時(shí)保持鋒利的刃口，可有效地切斷纖維，保證較高的表面光潔度，減少刃磨刀具、拋光等輔助時(shí)間，減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，大大提高生產(chǎn)效率。

  華菱超硬聚晶金剛石粒度性能

  四、華菱超硬金剛石刀具解決碳纖維復(fù)合材料切削加工難題

  由于纖維材料和金屬材料的機(jī)械性能有很大的差別，容易在加工過(guò)程中出現(xiàn)毛刺、分層斷裂等缺陷，所以在加工航天航空行業(yè)內(nèi)的零配件時(shí)，聚晶金剛石（PCD）刀具要比傳統(tǒng)的碳化鎢硬質(zhì)合金刀具獲得更高的加工質(zhì)量。

  （1）碳纖維復(fù)合材料鉆孔刀具

  華菱超硬研發(fā)的碳纖維復(fù)合材料鉆孔刀具有：金剛石鉆頭、金剛石鉆鉸刀、金剛石麻花鉆、金剛石階梯鉆及非標(biāo)金剛石鉆頭等，采用進(jìn)口PCD片材為切削刃，具有很好的耐磨性能，以碳化鎢硬質(zhì)合金為基體，硬質(zhì)合金基體具有很好的剛性和尺寸精度，能夠確保鉆孔銑削的加工質(zhì)量，并設(shè)計(jì)內(nèi)冷（內(nèi)部螺旋冷卻）通道提高冷卻性能，鉆頭螺旋式排屑槽可提高排屑性能，進(jìn)而提高加工效率，這對(duì)碳纖維復(fù)合材料的鉆孔加工是非常重要的。

  華菱超硬碳纖維復(fù)合材料鉆孔刀具可進(jìn)行多刃口設(shè)計(jì)，并且可根據(jù)具體加工情況調(diào)整角度及鋒利度，在復(fù)合材料上進(jìn)行孔加工時(shí)，減少鉆頭的切削力，可避免材料分層現(xiàn)象，鋒利的切削刃部能夠保證孔的良好質(zhì)量；鉆鉸锪一體刀具，鉆孔和锪窩一次完成，省略了用常規(guī)鉆頭和鉸刀加工時(shí)所需要的退刀、換刀和轉(zhuǎn)位，可以大大提高加工效率。

  華菱超硬金剛石鉆頭

  （2）碳纖維復(fù)合材料銑削刀具

  華菱超硬推出的碳纖維復(fù)合材料銑削刀具有：金剛石銑刀片及配套銑刀盤(pán)、金剛石立銑刀、金剛石螺旋立銑刀、金剛石單刃銑刀、金剛石雙刃銑刀、金剛石球頭銑刀以及非標(biāo)金剛石銑刀等，華菱超硬金剛石銑刀的優(yōu)勢(shì)在于規(guī)格齊全、非標(biāo)定制可快速交貨，并能夠根據(jù)樣品效果快速進(jìn)行改進(jìn)提升；另一優(yōu)勢(shì)在于其具備內(nèi)冷性能，在對(duì)CFRP碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板材進(jìn)行銑削加工時(shí)，在壓縮空氣的作用下，內(nèi)冷孔可以促進(jìn)CFRP碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料切屑經(jīng)銑刀螺旋排屑槽快速排出；在對(duì)CFRP/鈦層疊板材料進(jìn)行加工時(shí)，可以通過(guò)密封的內(nèi)部冷卻通道進(jìn)行冷卻潤(rùn)滑，在促進(jìn)潤(rùn)滑的同時(shí)還可以降低在鈦材料加工中形成的高熱，因?yàn)檫@種材料的熱傳導(dǎo)率較低，而金剛石PCD刀具的切削溫度不宜過(guò)高（600°以?xún)?nèi)為佳）。

  華菱超硬金剛石立銑刀

  （3）碳纖維復(fù)合材料車(chē)削刀具

  華菱超硬推出的碳纖維復(fù)合材料車(chē)削刀具有：金剛石刀片、金剛石車(chē)刀以及非標(biāo)金剛石刀具等，車(chē)削加工是在CFRP碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加工中應(yīng)用非常多的方法也是很基礎(chǔ)的方法，通常適用于圓柱表面預(yù)定公差的實(shí)現(xiàn)。適合車(chē)削碳纖維復(fù)合材料可以應(yīng)用的刀具主要材料為：硬質(zhì)合金或陶瓷以及聚晶金剛石。加工工藝中進(jìn)刀速率，吃刀深度，和切削的速度都會(huì)影響工件成品表面質(zhì)量和道具損壞程度，這也是進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化的目標(biāo)方向。

  2019鄭州工博會(huì)、2019鄭州機(jī)床展、2019鄭州工業(yè)自動(dòng)化展，將于2019年6月4-6日于鄭州國(guó)際會(huì)展中心盛大開(kāi)幕！本屆展會(huì)展出面積達(dá)70000平方米，匯集上千家展商，60000余專(zhuān)業(yè)買(mǎi)家，打造中部制造業(yè)旗艦大展。官網(wǎng)： ** .hm-zif.com

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