切削工具升级为高级复合材料
Iscar 为一系列特定于复合材料的行业应用提供广泛的 PCD 钻头和铣刀选择。随着材料科学的进步和使用新的虚拟软件技术设计复合零件的能力，切削刀具制造商面临着不断发展和开发这些多功能材料解决方案的挑战。 RobbJack Corp.（加利福尼亚州林肯）工程副总裁 Mike MacArthur 说：“加工复合材料的常见挑战是刀具过度磨损、分层、未切割纤维、纤维拉出以及铣削和钻孔中的报废零件。” “加工复合材料时的另一个挑战是它们是在高压釜中作为未加工零件制造的，并不总是与 CAD 文件相匹配e 与零件相关联。当发生这种情况时，需要进行多次操作以使其达到所需的严格公差。”
对于加工复合材料，有三种常见类型的钻头 - 整体硬质合金、金刚石涂层硬质合金和 PCD（聚晶金刚石） ), 根据麦克阿瑟。 “各有各的位置。硬质合金钻头由于其刀具寿命较差，通常仅用于手动操作。金刚石涂层和 PCD 都是碳纤维等磨料复合材料中大多数应用的首选钻头。金刚石涂层非常适合钻孔，在某些应用中，您甚至可以延长 PCD 钻头的刀具寿命。然而，金刚石涂层钻头不能像 PCD 刀具一样重新磨锐，而且是一次性的。 PCD 钻头是在 CFRP 材料上钻孔的绝佳选择。 PCD 刀具在塑料含量高的材料中往往优于金刚石涂层钻头，因为它们可以保持更锋利的切削刃。”
RobbJack 开发了ed 切削工具解决方案，例如用于钻翼梁等碳纤维增强聚合物 (CFRP) 零件的实心 PCD 刀尖 W 型钻头，以消除质量差的切削和昂贵的废料。 “W 点几何形状在材料穿透时支撑材料，其锋利的外边缘剪切材料而不会分层、未切割纤维或纤维拉出。实心多晶金刚石刀尖优于金刚石涂层硬质合金钻头，刀具寿命比未涂层硬质合金钻头长 25 倍，”麦克阿瑟说。他讲述了一个制造商如何通过 25 个硬质合金钻头来制造一套船翼梁，在一个昂贵且不稳定的过程中报废许多非常昂贵的零件。 “RobbJack 的实心 PCD 尖头 W 尖头是唯一能够满足制造商严格的设计和性能标准的工具，可在公差范围内切割超过 4000 个干净的孔；其他工具很难打出 160 个孔。切削工具每年总计节省 548,290.08 美元，”说MacArthur。
RobbJack 为复合材料开发的另一种工具是具有多面几何形状的实心金刚石钻头。 “经过测试，复合 135° 和 20° 尖端几何形状是适用于最多样化碳纤维复合材料的最佳钻孔解决方案，”麦克阿瑟说。 “新型多面实心金刚石尖头钻头可钻出我在碳纤维材料中见过的最干净的孔。我们在机加工实验室测试过的几乎所有材料都没有分层或未切割纤维。 “
RobbJack 已经能够在硬质合金工具的切削刃上种植耐磨金刚石。 “我们开发的一个解决方案是一种组合工具，可在一次操作中对复合材料进行修整和倒角。该工具消除了其他三个工具，并消除了修剪零件以匹配 CAD 模型的操作。该工具可在一次操作中对配合面进行斜切并修整零件，从而将循环时间缩短五天，”MacArthur 说。
软件模拟编程，材料选择
飞机工业中使用的复合材料的绝对数量似乎使所有其他应用相形见绌，并且由于其固有的优势而正在迅速扩大耐久性、耐腐蚀性和高强度重量比。根据所选择的基体材料和纤维增强材料的组合，加工难度可能会有很大差异。复合材料因基体配方、纤维类型、纤维含量、纤维取向和材料堆积而异。
根据肯纳金属公司的复合材料加工指南，可能的组合及其加工特性包括纤维增强碳纤维/石墨纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、聚合物纤维和钨纤维等材料。多基体材料包括环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺和聚醚醚酮 (PEEK)。 CFRP/CFRP 和 CFRP/金属材料的加工特性受 ab 的影响纤维的粗糙度、纤维尺寸、纤维直径、纤维长度、纤维体积百分比和纤维布局，即单向或织物组织。例如，纤维的磨蚀性随着强度和直径的增加而增加。短纤维容易分层，单向层状复合材料也是如此。
双头电击自动纤维铺放 (AFP) 机使用 Vericut CNC 仿真软件铺设复合材料以创建机身。增强型软件可提高制造工程师分析、优化和记录高级复合材料的 CNC 编程和加工过程的能力。例如，CGTech（欧文，加利福尼亚州）最新发布的 Vericut CNC 可以模拟复合材料的所有类型的 CNC 加工，包括钻孔和修整、水射流切割、铆接、铣/车和并联运动学。该版本具有多项旨在增加工作流程的增强功能，使用户能够仅快速访问当时需要的菜单选项。新的功能区栏可帮助用户通过最少的鼠标点击快速找到他们需要的功能。
在 AeroDef Manufacturing 2017 上，CGTech 将展示从 CAD 设计的复合零件到 CNC 程序所需的步骤。重点将是独立于机器的离线 NC 编程软件的实施和使用，用于自动纤维铺放 (AFP) 和自动铺带 (ATL) 机器，例如 NASA 兰利研究中心正在使用 16 丝束进行的工作电冲击自动纤维铺放机。当前要重点介绍的客户项目包括机器人、激光、探测和超声波刀的使用。 AeroDef 是领先的年度航空航天制造会议和博览会，航空航天公司可以在其中找到应用、加工、完成和自动化复合材料的新方法项目过程。技术会议主题将侧重于先进制造技术，包括建模/仿真、高压釜、热塑性复合材料、增材制造、自动化、NDT 以及粘合和装配。
加工先进复合材料的新解决方案
来自 Iscar Metals Inc.（德克萨斯州阿灵顿）的新一代切削工具专为加工所有类型的高级复合材料而量身定制。新型碳纤维增强塑料/层压板比以往任何时候都更轻、更坚固，并提升了从速降滑雪板和网球拍到军用飞机和汽车等应用的性能水平。尽管复合材料技术正在帮助汽车制造商更快地实现其轻量化目标，但作为一种工件材料，复合材料给制造带来了挑战，尤其是机械加工。
伊斯卡为各种复合材料提供多种 PCD 钻孔和铣刀选择——具体行业应用。 “有适合的演习较厚的材料底部有铝，较薄的材料底部有 CFRP，”国家钻孔产品经理 Pat Cline 说。 “有组合钻-埋头孔和钻-铰刀、槽铣刀和组合铣刀/钻刀。最重要的是，这可能是自增强复合材料出现以来的第一次，您可以找到一种不折不扣的工具来完成任何可能的复合材料加工任务，”Cline 说。
根据 Iscar 的说法，目前复合材料的首选切削刀具材料是带有薄 PCD 涂层的整体硬质合金刀柄、钎焊 PCD 刀片或切削刃处的 PCD 纹路。整体硬质合金刀柄提供了保持尺寸和位置的紧密公差以及光滑表面所需的刚度和尺寸精度。整体硬质合金还可以从最佳切削几何形状开始，最大限度地减少切削力、热量、未切割的纤维、杯子、绒毛和毛刺，同时控制ng 芯片。薄 PCD 涂层（或刀片）在切削刃处提供耐磨性，以在较长的维修间隔内保持最佳几何形状。薄 PCD 涂层提供金刚石的耐磨性，同时保留加工到硬质合金刀柄中的理想切削几何形状。相比之下，CVD（化学气相沉积）不可避免地会产生较厚的金刚石层，这可能会影响最佳几何形状。
Exopro Aero-D- Ream 金刚石涂层钻头/铰刀可延长加工碳纤维、玻璃纤维、CFRP/Nomex 蜂窝、GFRP/Nomex 蜂窝、CFRP/Al 蜂窝、Al/Al 蜂窝和碳/碳组合等材料的刀具寿命。复合材料和叠层钻孔的一项最新创新是 Iscar 用于 Multi-Master 系列的新机头，它能够安装 v一个柄上的各种可更换头快速轻松。 “新型刀头包含 PCD 切削刃和复合材料优化的几何形状，用于按顺序执行粗加工、半精加工和精加工操作。这种几何形状可以打开空腔和槽并执行肩部应用。由于刀柄比刀尖细，与壁的接触和摩擦减少，因此操作更凉爽，”Cline 说。另一个有前途的新产品是 Iscar SOLIDRILL-REAM，这是一种组合式钻头和铰刀，可一步加工出更精确的孔。同一刀柄上的独立钎焊 PCD 刀片可处理钻孔和铰孔。
Iscar 开发了新的 ICF（可互换）钻头几何形状，用于钻孔 CFRP 和 CFRP 层压板，结合了小顶角和正前角。 “几何形状提供低轴向力，可在切割过程中顺利穿透，而不会出现对薄壁至关重要的分裂现象l 工件。新刀头采用新等级 IC107 生产，结合了 IC07 硬质亚微米基体和 CVD 金刚石涂层，可延长和可预测的刀具寿命。用于复合材料的 SUMOCHAM 适用于 CNC 或 PKM（并联运动机器）机器，对于机器人和动力进给机器，可以使用特殊的连接器，”Cline 说。
铣削复合材料，如钻孔，同样具有挑战性。如果该工具同时遇到多个不同的层，您需要设计流程，将所有限制都考虑在内。 “如果您逐层推进，您可能必须更改参数以匹配该层，”全国铣削产品经理 Tom Raun 说。 “这就是为什么 Iscar 设计了许多最流行的铣刀和铣刀样式，并提供针对 CFRP 和复杂层压板优化的版本。用于粗加工和精加工端面和侧面的 SOLIDMILL 整体硬质合金立铣刀- 铣削现在配备了最佳金刚石涂层，TANGSLIT 纵切刀和 TANGSLOT 槽铣刀现在配备了 PCD 刀尖，Heli2000 可转位刀片也适用于 90° 铣削应用。所有这些都在机翼支柱和机身应用中被证明是有效的，”Raun 说。
获得专利的金刚石涂层处理复合材料
RobbJack 的实心 PCD-尖头 W 点钻孔机通过支撑材料清洁地加工 CFRP 零件，因为它在穿孔和剪切材料时没有分层、未切割纤维或纤维拉出。OSG USA Inc.（伊利诺伊州格伦代尔海茨）提供全系列的工具设计加工用于航空航天、汽车和医疗应用等的磨料复合材料。 OSG 继续开发用于 CNC 应用的定制粗加工和精加工铣床和钻头。公司＆... AERO-D-REAM，结合特殊几何形状和超细金刚石涂层，以延长刀具寿命，并为常见的难加工材料组合提供解决方案。典型应用包括碳纤维、玻璃纤维、CFRP/Nomex 蜂窝、玻璃纤维增强塑料 (GFRP)/Nomex 蜂窝、CFRP/Al 蜂窝、Al/Al 蜂窝和碳/碳组合。
EXOPRO ARTO-LHX 是一种带金刚石涂层的低螺旋钻头，设计用于在切割坚韧的层压板时消除未切割的纤维和分层。据该公司称，该钻头具有三角几何形状和 OSG 的金刚石涂层，可确保更光滑、更锋利的切削刃，刀具寿命最多可延长 40 倍。三角克几何形状减少推出出口分层，低螺旋样式几何形状提供更锋利的切削刃，有助于剪切坚韧的纤维。
OSG 的 EXOPRO ARTO-D-RRSM 金刚石涂层钻/铰刀用于切割碳和玻璃纤维复合材料。它采用锥形四刃设计和 OSG 的金刚石涂层。钻头/铰刀具有直槽、细长的双角几何形状。根据 OSG 的说法，好处包括孔入口处的剥离有限、出口分层有限以及更光滑和更锋利的切削刃，刀具寿命最多可延长 50 倍。
Iscar 的复合材料加工技巧
Iscar 提供了这些成功加工复合材料的技巧。基体越硬和增强纤维含量越高，切削刃需要的 PCD 涂层/刀片越多。当孔尺寸允许时，使用整体硬质合金立铣刀进行轨道钻孔或使用带有 PCD 涂层刀尖的 Multi-Master 进行螺旋插补比直接钻孔更可取右麻花钻。
对于较浅的孔，使用粗短的直柄钻。对于更深的孔，设计工艺以绝对可靠地弹出所有类型的切屑。如果可能，考虑“啄钻”甚至冷却液冲洗。
匹配层压板各层的速度和进给。随着钻孔的进行，准备好更改每一层的参数。
根据堆叠中的最后一种材料选择工具几何形状。如果最后一种材料是塑料，请使用长尖角的锥形钻头。如果最后一层是铝或钛，尖角尖角的高剪切钻头会更干净地退出并留下更少的毛刺。锥形钻头只会弄脏铝。
在较厚的复合材料结构中，请注意热量积聚和切屑堵塞。选择具有窄凹槽、宽齿槽和更紧密螺旋的钻头，以便在事情变得太热之前完成孔，此外还要考虑冷却剂。
当钛在堆叠中时，首选 practice 是复合材料讨厌的一切。为避免加工硬化和过热并保持切屑可控，请选择具有低后角和前角以及低主轴转速的刀具。虽然通常不使用冷却液或喷雾，但由于热量和/或切屑冲洗，对于钛来说可能是不可避免的。
简而言之，在选择刀具时要考虑所有因素，包括相对厚度和位置金属层和塑料层。这是一种平衡行为。对金属较重的堆叠有利于带有内部冷却液的硬质合金刀具。如果 CFRP 是主要零件，PCD 硬质合金刀具会更可取。
确保该工艺可靠地将钛切屑分解成小的、易于弹出的碎片。您尤其不想冒钛屑堵塞复合材料孔的风险。同样，最有效的补救措施是降低速度和啄食周期。
