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PCD刀具对于航空航天碳纤维复合材料(CFRP)的加工应用

2022-06-29


替代进口,引领超硬


PCD刀具对于航空航天碳纤维复合材料(CFRP)的加工应用


航天航空近几年的迅速发展已逐渐让其成为我国的支柱产业之一。无论是民用还是军事领域,碳钎维复合材料(CFRP)的出现为飞机制造带来了革命性的变化。碳纤维复合材料的新型飞机比传统飞机表面更平滑、均匀,高速飞行时遇到的空气阻力大大减少,时速也会随之得以提升。最重要的是,碳钎维复合材料(CFRP)具有较高的比强度、比刚性,轻量化效果十分明显,这种材料比钢铁材料轻50%,比铝材轻30%,受到国内外飞机制造企业的广泛关注。


航空行业


碳钎维是由含碳量较高,在热处理过程中不熔融的人造化学纤维,经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成。然后,以碳纤维或碳纤维织物为增强体,以碳或石墨化的树脂作为基体进行复合。复合以后的这种材料我们称之为碳纤维复合材料(CFRP),其具有以下的特点:


1

高强度(强度是钢铁的5倍)

2

出色的耐热性(可以耐受2000℃以上的高温)

3

出色的抗热冲击性

4

低热膨胀系数(变形量小)

5

热容量小(节能)

6

比重小(钢的1/5)

7

优秀的抗腐蚀与辐射性能


碳纤维复合材料(CFRP)


目前,碳纤维已被公认为替代铝合金制造飞机的理想材料。但是,碳纤维复合材料(CFRP)对于机加工来说比较难切削,主要是因为其高硬度、低层间剪切强度和低导热性。其加工难点在于切削时易产生的分层和损坏会对刀具的寿命产生较大的影响,所以解决碳纤维复合材料(CFRP)的切削问题必须要先解决刀具的使用寿命。


经过一系列机加工的实验验证发现,用聚晶金刚石刀具(PCD)进行切削,可以使碳纤维复合材料(CFRP)的表面质量大幅提升,能够推进以车代磨,提高生产效率,是较为理想的刀具。


案例


加工碳钎维复合材料(CFRP)机翼部位。航空企业通常对加工的零件采取保密方式。原方案为针对复合材料加工专用的硬质合金立铣刀,采用干切加工的方式,零件表面粗糙度要求达到Ra1.2μm。


机翼部位


我司采用PCD焊片的铣刀进行加工,相比于原方案,线速度提高了81%,每转进给量提高了42%,加工工艺和切削余量保持不变。结果我司刀具寿命能够达到硬质合金刀的5倍,且加工效率也得到显著提升,加工表面质量更优。


刀具品牌

我司

硬质合金铣刀

规格

φ10

φ10

VC(m/min)

471m/min

260m/min

f(mm/rev)

0.1 mm/rev

0.07 mm/rev

Ap(mm)

2~5mm

2~5mm


刀具实样


PCD
铣刀

备注:我司刀具是现有刀具寿命的5倍




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