復合材料加工方法

     復合材料是由兩種具備不同特性的材料組合從而形成的具有某種屬性的材料。

纖維、晶須、微?；蚩椢锓稚⒂诨w中，從而增加其剛度和強度。結(jié)構性復合材料由層狀材料或夾層構成。多層復合材料由疊層板膠結(jié)起來，其每層的強度定向都有所不同。主要的基體材料包括有機材料、金屬和陶瓷等，起強化作用的可以是連續(xù)或不連續(xù)分布的含碳物或一些無機材料。

碳纖維、芳族聚酰胺纖維和碳芳綸纖維強化塑料復合材料是常見的飛機機身材料。纖維用環(huán)氧樹脂等基體材料粘合起來。

目前碳纖維與其他復合材料發(fā)展迅速，新的材料屬性不斷衍變，用途也日益廣泛。復合材料具有使制成的零件更輕、更堅固，耐腐蝕等特點，使其非常適合于多種應用場合。不過這些結(jié)構材料的成功應用也對其加工性能提出了新的要求，其中切削加工性能的變化是新的挑戰(zhàn)。

加工復合材料與加工金屬迥然不同，不同種類的復合材料的加工也不相同。而且復合材料的種類比金屬材料更為廣泛。這對于剛開始制造復合材料零件的工廠來說可謂任務艱巨，而對于已從事復合材料加工的工廠來說也頗具挑戰(zhàn)。加工復合材料需要重新評估加工方法、刀具和工裝，在某些情況下還包括設備和夾具等。事實上，工廠所加工的每種新復合材料都需要新的加工工藝。

復合材料的切削過程與金屬的切削大不相同，其切削刃產(chǎn)生切屑并非像大多數(shù)金屬那樣通過剪切而生成，而是通過折斷來去除多余的復合材料，在加工過程中常常是切斷環(huán)氧樹脂和折斷纖維材料。

加工復合材料的一般原則是，采用有足夠間隙的超鋒利切削刃，在獲得光潔的切削效果的同時將刀具與工件間的摩擦降到最低。由于切削刃槽型的細微變化都會迅速導致過量切削熱的產(chǎn)生進而發(fā)生切削刃崩裂，因此必須將刀具磨損降到最低，如果此問題得不到解決將影響最為重要的質(zhì)量要求。

切削刀具需要輕快地進行切削，產(chǎn)生最小的推力，因而需要各種刀具槽型來配合不同復合材料的不同加工特性。

要獲得好的性能、高安全性和滿意的效果，需要建立獨特的工藝以適應并優(yōu)化尚未決定的復合材料及加工方法。在材料去除率為重要但并非主要因素的場合，應通過經(jīng)濟核算找出最有利的解決方案。

對復合材料加工而言，孔和邊緣的質(zhì)量加上滿意的孔加工成本及每單位米的成本，對于生產(chǎn)效率影響更大。一次操作所獲得的表面粗糙度可以減少或消除二次操作，將有助于延長刀具壽命和縮短設備停機時間。在不斷發(fā)展的復合材料加工領域，為某具體的復合材料選用專用切削刀具是至關重要的。另外，為手邊的操作設定正確參數(shù)并正確裝夾也極為重要。

鉆孔是復合材料加工中最主要的一種操作，由于在孔出入口處材料可能裂開、甚至裂成幾層（分層），這使得此操作極富挑戰(zhàn)。因此，要達到合格的表面粗糙度就要求格外小心以在纖維層與基體之間獲得滿意的切削作用。隨著復合材料的抗沖擊性和抗熱性不斷改進，其加工方法也必須隨其發(fā)展。

由于金剛石經(jīng)得起各種碳纖維和疊層材料（包括鈦）的磨損，經(jīng)過特別改制的聚晶人造金剛石（PCD）焊接刀尖或金剛石涂層刀尖具有最長的刀具壽命。

對復合材料零件的平面加工往往有著與修邊及切邊一樣的高要求，需要使用合適的可轉(zhuǎn)位刀片以及金剛石涂層硬質(zhì)合金刀具并輔以創(chuàng)新的加工方法。

非標訂制的PCD刀具為大多數(shù)銑削操作提供了解決方案，紋理金剛石和焊接金剛石刀具都有不同的槽型設計以滿足應用要求。其改進在于以最佳方法應用特別的刀具槽型來達到較好的表面粗糙度，還可能需要用排塵來進一步降低破裂和磨損的傾向。

對于復合材料的銑削，CoroMill590 面銑刀安裝以聚晶人造金剛石（PCD）刀片，可滿足公差和表面粗糙度的高要求。它可在干加工中采用高切削參數(shù)與最少的纖維破裂，因此非常適合配備了吸塵裝置的組裝前最后一道工序的加工。

對于復合材料的側(cè)壁銑和Sturtz銑削，尤其是高纖維含量的復合材料，CoroMill 390立銑刀配備焊接金剛石刀片或金剛石涂層刀片效果良好。對于復合材料零件的切邊和修邊加工，硬質(zhì)合金刀片、金剛石刀片或整體硬質(zhì)合金刀具都可以達到高質(zhì)量的要求。

復合材料加工解決方案要視具體應用場合來選定。這些方案可以包括根據(jù)材料及加工狀況選用一種合適的CoroDrill槽型。由于不同零件所用的材料不同，現(xiàn)已開發(fā)出3種槽型，包括通用的CoroDrill 855鉆頭，配以優(yōu)化的工藝可確保鉆孔質(zhì)量達到最高的要求。

CoroDrill 856能夠盡量減少在鉆孔出入口部位的分層傾向，這對于富樹脂的復合材料尤其如此。但當鉆削富含纖維的復合材料時，則需要能減少破裂的槽型，例如新的CoroDrill854鉆頭，其槽型與用于鋁材加工的槽型相似。用CoroDrill 854金剛石涂層鉆頭在CFRP-鋁合金復合板材料上加工高質(zhì)量的直徑為1/4英寸（6.35mm）的孔系。獲得的益處包括：降低了纖維碎裂風險、消除了毛刺，提高了表面光潔度。

山特維克可樂滿除了開發(fā)可提升復合材料加工性能的切削刀具外，還關注該領域最佳工藝的開發(fā)。針對不同應用建立單獨的工藝是確保復合材料加工取得成功的根本所在。選擇正確的刀具、槽形、材質(zhì)、切削參數(shù)以及采用創(chuàng)新的解決方案，都有助于將復合材料的加工制造技術提升到一個新水平。

CoroDrill直接壓制燒結(jié)PCD鉆頭

一系列新型鉆頭和銑削刀具正在改善復合材料的加工性能。山特維克已為多種應用場合設計出帶金剛石涂層的硬質(zhì)合金鉆頭及紋理PCD技術的鉆頭。最常用的解決方案之一是將一種新的CoroDrill鉆尖用到復合材料鉆頭上。此種采用直接壓制燒結(jié)技術制成的PCD鉆頭的切削刃幾何參數(shù)能減少鉆入和鉆出孔時的分層現(xiàn)象。目前已開發(fā)出多種新鉆頭槽型，適用于各種碳纖維強化（CFRP）材料的高質(zhì)量的孔加工。對于復合材料零件的銑削、切邊和修邊等，安裝特制的金剛石刀片的立銑刀和面銑刀和涂層硬質(zhì)合金刀具提供了新的優(yōu)勢。標準和非標訂制的產(chǎn)品構成了在當前和未來對復合材料進行鉆削和銑削的加工解決方案。