高进给铣刀实现更快更好的复合材料加工

国际金属加工网 2017年02月14日

山特维克可乐满的创新产品提高了航空客户的生产效率。

由于碳纤维增强塑料(CFRP)和覆以金属合金的叠层材料在航空工业中持续发挥着重要作用,所以对其加工需求也日益增加。其中例如孔加工工序,因其特有的分层和纤维碎裂的制造缺陷,成为全世界飞机制造商的生产工程师们进行复合材料钻削时倍感头疼的问题。

现在,切削刀具和刀具系统的专家山特维克可乐满采用CoroDrill 854和856金刚石涂层的整体硬质合金钻头,实现了在复合材料加工过程中可靠、高效和高品质的孔加工。

在复合材料中,纤维、晶须、颗粒或织物材料弥散在基体里,增强了刚性和强度。有些复合材料由夹心结构或包含钛合金和铝合金的叠层结构组成。这些创新复合材料具有使制成的零件更轻、更坚固、耐腐蚀等特点,非常适合多种航空应用场合。

与铝合金相比,不难看出复合材料倍受青睐的原因在于CFRP的抗拉强度通常可高达14倍以上,而其热膨胀系数还不到铝材的1/19;此外其刚度可高出5倍以上,而重量仅为铝合金的一半。空中客车A380飞机采用了25%的高级复合材料,而新的波音787梦之翼客机使用复合材料的比重高达50%。甚至是现代军用飞机(比如美国的F-22)也采用复合材料,其结构至少1/3采用复合材料制造;预计将来会上升到2/3。

复合材料机翼包括翼梁、桁条和蒙皮等这样的结构件,通常由各种成分不同的碳纤维复合材料构成。其他要求苛刻的结构例如中央翼盒,由几种复合材料构成,通常还覆以铝合金和钛合金叠层。

但是,随着作为航空航天复合材料的成功应用,对相应的加工能力提出了新的要求。例如,在CFRP上进行孔加工时,需要独特的钻尖结构才能保证孔公差和质量。如果加工碳纤维增强塑料(CFRP)和其它材料例如铝合金构成的叠板时,由于这两种材料的加工特性差别很大,选择加工刀具时需要考虑相应的因素。

在保证孔径公差的基础上,CoroDrill 854和856钻头可为加工最新的碳纤维增强复合材料和铝合金叠层材料,提供稳定、可靠的刀具寿命。CoroDrill 854钻头的槽形设计是为了提高高纤维含量材料进/出孔的质量,是一款高效率的切削刀具。例如,使用CoroDrill 854钻头在CFRP/铝叠层复合材料上加工?(6.35mm)的孔通常使用以下切削参数:切削速度为45m/min;钻深为70mm;进给率为0.03mm/rev;进给51mm/min。为了获得最佳加工效果,山特维克可乐满建议采用干切削或MQL(微量润滑))切削条件。

为确保最佳钻孔质量、加工过程安全性和单孔的制造成本,正确选用钻头对于复合材料成功钻孔是至关重要的。考虑到这一点,对于容易发生纤维碎裂或起毛的情况下,最好选用带“Spurred”槽形的CoroDrill 854钻头;如果发现高树脂含量的材料很难控制分层缺陷的话,则建议使用CoroDrill 856钻头——这主要是因其双顶角设计可使工件材料能够平稳的进入和退出。

钻削复合材料时,钻削轴向力是产生分层以及劈裂缺陷的主要原因。因此,CoroDrill 854和856的独特槽形可以降低钻削轴向力,并实现碳纤维的正确切削,以满足严格的孔质量要求。 在航空领域,对加工的孔质量的要求通常包括:表面光洁度Ra<4.8μm,孔径周边小于1mm的分层,无纤维碎裂现象。

在高树脂含量材料上加工孔时,CoroDrill 856钻头的小顶角和大前角有助于改进孔质量以及降低轴向力,对薄壁件来说,这一点尤其重要。这两款CoroDrill钻头产品均有助于消除钻孔毛刺,并提高表面光洁度。

广泛的切削试验表明新型CoroDrill产品在提高生产效率和延长刀具寿命方面优点突出。例如,使用CoroDrill 854在CFRP环氧树脂覆以铝合金叠层(12mm+12mm)上加工直径?(12.7mm)的孔,加工结果令人非常满意。在切削速度为118m/min,进给率为0.05mm/rev的切削参数下,CoroDrill 854可加工厚度为24mm的叠层材料650个孔——相当于钻削了15.6m!所有孔的表面光洁度都在Ra<1.6μm(铝合金)和Ra<3.2μm(CFRP)之内,同时满足IT8公差等级标准要求。进入CFRP的分层是微乎其微的,而从铝合金退出时的毛刺高度也正好在0.2mm的最大允许范围内。

在另一项试验中,CoroDrill 856无论在效率还是孔质量方面都优于竞争对手的钻头。在CFRP增强(双马来酰亚胺)高温树脂材料上钻削?" (6.35mm)孔时,目标是要击败竞争对手设定的300mm/min的制孔速度,同时保持H11的孔公差。通过将切削速度从100m/min提高到150m/min 并略微将进给率从0.06mm/rev放慢到0.05mm/rev,CoroDrill 856不仅实现了373mm/min的制孔速度,而且将孔入/出端的孔口质量提高了25%。

目前可为客户提供直径4~12.7mm(长达5倍径)的选择,CoroDrill 854和856钻头为标准涂层N20C,这种金刚石涂层延长了刀具寿命,尤其适合切削例如复合材料一类的研磨材料,摩擦系数很低。可根据特定的直径、长度、槽形和材质(包括硬质合金和聚晶金刚石)提供定制服务,同时也提供库存产品。

让效率腾飞

要提高飞机结构件的加工效率,就必须使用正确的编程技巧和最优化的刀具,这样才能满足具有挑战性的严格要求。以下8款刀具皆是加工飞机结构件的最佳选择。

CoroMill 345 经济性与高性能

前缘缝翼导轨是动力结构上极具前沿技术的一个零件,其材料通常是高合金钢和不锈钢。CoroMill 345装带有8个切削刃的刀片,且每个排屑槽都能提供内冷,确保在加工难加工材料时铁屑能得到很好的控制,从而达到最佳性能。

CoroMill Plura 低金属去除率的加工方式的终结者

垂直尾翼为复合材料,其修边铣具有很大的挑战。CoroMill Plura金刚石(纹理和焊接)立铣刀和金刚石涂层硬质合金刀具,适合大多数此类应用,不但能够减少纤维破裂,还能提高金属去除率。

CoroTurn SL及减振刀具Silent Tools高效且防振

起落架零件的加工需要高效率和灵活的解决方案。Silent Tools镗杆专为防振而设计,配合CoroTurn SL切削头,Silent Tools应用范围极为广泛,包括使用高压冷却的内孔加工。其好处可以通过加工性能和稳定性来衡量。

CoroDrill 854、855和856 对复合材料进行光洁钻孔

机翼翼盒复合材料加工的主要挑战是种类繁多的钻孔。CoroDrill 854、855和856专门为达到最佳孔质量而设计,这些钻头的钻尖可以是金刚石(纹理、铆接、焊接)或者是金刚石涂层的硬质合金。

CoroMill 210更轻快的加工方式

发动机挂架有一特征很难加工,它在中央有一条深深的狭长槽。高进给CoroMill 210铣刀可实现轻快加工,且金属去除率极高。这种多功能刀具可用于面铣、连续坡走铣和插铣等。

CoroMill 690钛合金的加工能手

机身结构件有很多是钛合金零件,起落架横梁就是一个例子。CoroMill 690是一款专用于钛合金加工的玉米铣刀,其独特的刀片定位设计和螺纹喷嘴确保了高金属去除率和高安全性。

S30T和S40T最先进的刀具基本材料

机翼后缘的框架,其材料通常是钛合金。钛合金铣削时,在铣削刃口上所产生的切削热负荷、化学负荷、机械负荷接近所有已知切削材料的极限,而S30T和S40T材质专门为解决这些尖端问题而开发。

CoroMill 790以简约取胜

机翼的翼肋通常为铝合金,其加工很有挑战性,但是新设计的CoroMill 790槽型能够解决这个问题。刀片的定位设计独特且安全性高,可以消除因高速加工产生的径向力所带来的可能后果。


网友评论

编辑推荐

相关主题