复合材料加工刀具的选用
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在铣削和钻削各种不同的复合材料时,要有针对性地合理选择不同的刀具,并正确使用它们,才会收到事半功倍的加工效果。
加工复合材料工件时,如果采用标准的金属切削钻头或立铣刀,可能会导致刀具快速磨损,并有可能产生加工缺陷(如工件材料的分层剥离)。因此,在铣削和钻削各种不同的复合材料时,要有针对性地合理选择不同的刀具,并正确使用它们,才会收到事半功倍的加工效果。以下是刀具供应商Onsrud公司提供的一些选用复合材料加工刀具的建议。

1 加工凯夫拉尔纤维的整体硬质合金钻头


图1 加工凯夫拉尔纤维的整体硬质合金钻头
加工用途:用于在凯夫拉尔纤维材料上钻削干净整齐的孔。
设计特点:①钻尖几何形状可防止钻削时工件产生纤维须和分层剥离;②为了延长刀具寿命,可以采用涂层;③基本切削参数:进给率0.013-0.025mm/r,主轴转速300-4,000r/min。

2 整体硬质合金八面钻头


图2 整体硬质合金八面钻头
加工用途:用于在多种复合材料上钻削干净整齐的孔,并消除分层剥离现象。
设计特点:①典型的八面钻尖由分别为90°和118°的两个钻顶角构成,每个钻顶角有两个磨制的切削面(主切削面和副切削面);②基本切削参数:进给率0.025-0.075mm/r,主轴转速3,500-5,000r/min。钻削加工厚度为6.35mm的碳纤维板时,可选用0.05mm/r的进给率和3,000r/min的主轴转速。

3 PCD八面钻尖钻头


图3 PCD八面钻尖钻头
加工用途:用于钻削加工高磨蚀性材料(如环氧树脂/石墨和碳纤维材料)。
设计特点:①磨制的八面钻尖可提高钻孔精度,因为第二钻尖角可起到自定位铰削作用,抗衡钻头所受的侧向压力;②钻尖具有良好的断屑性能,因为主切削刃和副切削刃可产生一种倾斜成形的带状切屑,这种切屑更容易折断,并能防止损坏碳纤维增强塑料(CFRP)工件的孔壁。

4 纳米晶粒薄膜金刚石钻头


图4 纳米晶粒薄膜金刚石钻头
加工用途:①用于钻削加工高磨蚀性材料(如环氧树脂/石墨和碳纤维材料);②可作为PCD钻尖钻头的低成本替代刀具。
设计特点:①抛物线形容屑槽设计,可容纳和排出大量切屑;②大螺旋角设计,使前角增大,非常适合复合材料和铝合金的加工;③中分点的设计可减小钻头受力,并形成附加切削刃,以减小钻削扭矩;④第二钻尖角可起到自定位铰削作用,抗衡钻头所受的侧向压力,并引导切屑离开内孔壁。

5 Drivematic钻孔和沉孔加工钻头


图5 Drivematic钻孔和沉孔加工钻头
加工用途:①用于自动铆接机的钻孔和沉孔加工;②可通过一次操作,完成铆钉孔的钻削和沉孔加工(尺寸公差为0.076mm)。
设计特点:根据不同的“Drivematic”系列铆接机定制钻头。

6 复合钻铰刀


图6 复合钻铰刀
加工用途:①用于环氧树脂/石墨和碳纤维复合材料的加工,通过一次操作,完成钻孔和铰孔加工;②通常用于手动加工;③用于加工单层复合材料板。
设计特点:④通过减小横刃厚度,减小了刀具钻入工件材料所需的切削力;⑤导向锥可将切削载荷转移到更长的切削表面上,从而使铰削加工更轻松;⑥采用两种截然不同的切削刃:一种用于钻削,一种用于铰削。

7 双刃带导向阶梯钻


图7 双刃带导向阶梯钻
加工用途:①用于在层压复合材料上钻削高精度孔(公差通常在0.076mm以内);②通常用作多阶梯钻削加工的二次加工刀具。
设计特点:①导向部直径通常为主体直径的75%;②导向部长度通常等于钻头直径;③阶梯直径降低了初始钻削力,还能在导向孔加工中起到导向作用。

8 阶梯钻铰刀


图8 阶梯钻铰刀
加工用途:①用于在层压复合材料上钻削加工高精度孔(公差通常在0.038mm以内);②由于省略了用常规钻头和铰刀加工时所需要的退刀、换刀和刀具转位,可以大幅缩短加工时间;③用于加工铝、复合材料或二者组合而成的铝基复合材料。
设计特点:阶梯直径降低了初始钻削力,还能在导向孔加工中起到导向作用。

9 整体硬质合金去毛刺刀


图9 整体硬质合金去毛刺刀
加工用途:①用于切削玻璃纤维和复合材料的基本刀具;②用于手动镂铣加工的最佳刀具。
设计特点:①可采用立铣刀刀尖或钻头钻尖几何形状;②可进行金刚石涂层,试验表明,金刚石涂层可使刀具寿命延长大约3-4倍;③在计算切屑载荷和进给率时,应按单刃刀具考虑;④基本切削参数:切屑载荷0.1-0.15mm,主轴转速12,000-16,000r/min。

10 整体硬质合金“Un-Ruffer”刀具


图10 整体硬质合金“Un-Ruffer”刀具
表1 “Un-Ruffer”刀具切削参数
加工对象工件厚度(mm)切削速度(m/min)主轴转速(r/min)
Politen
(玻璃/聚酯板)
4.76254016000
Haysite Ultra Trac H950
(玻璃/聚酯板)
6.35635016000
Haysite H7759.53254018000
加工用途:用于切削加工复合材料面板。
设计特点:①该刀具设计将去毛刺刀具、压缩刀具和精修整刀具的优点集于一身;②通过试验确定的切削参数为见表1。

11 整体硬质合金碳石墨加工刀具


图11 整体硬质合金碳石墨加工刀具
表2 碳石墨加工刀具切削参数
加工对象工件厚度(mm)切削速度(m/min)主轴转速(r/min)
Burnham 300ksi
(碳纤维)
-381016000
碳纤维组织材料3.18889018000
P4-X071(聚丙烯/玻璃)2.0127014000
复合层压碳 PPS2.0381017000
Politen
(玻璃/聚酯板)
4.76254018000
Haysite Ultra Trac H950
(玻璃/聚酯板)
6.35762018000-20000
Haysite H7759.53635018000
加工用途:作为一种改进型去毛刺刀具,用于加工各种复合材料。
设计特点:①与标准的去毛刺刀具相比,该刀具设计提供了更多的切削刃,这些断屑/精修整切削刃降低了切削力,使该刀具能以更高的进给率进行加工;②多个上切和下切刀槽可改善切屑流和排屑性能;③在手动进给加工中,进给更轻快。加工厚度超过4mm的工件材料时,可采用较大的切削参数。④通过试验确定的切削参数为见表2。

12 PCD“Serf”刀具


图12 PCD“Serf”刀具
加工用途:切削加工各种复合材料。
设计特点:①该系列刀具上有齿距为1.20mm的锯齿形刀齿,这种微细刀齿能加工出光洁的工件表面;②该刀具设计能减小导向刃产生的切削力影响,并能改善对纤维的剪切作用。③通过试验确定的切削参数为见表3。
表3 PCD“Serf”刀具切削参数
加工对象Burnham 300ksi(碳纤维)碳纤维组织材料黑色凯夫拉尔纤维G10玻璃纤维复合层压碳PPS复合层压碳PPSPoliten(玻璃/聚酯板)Haysite UltraTrac H950(玻璃/聚酯板)Haysite H775Ultem 2300(30%添加聚醚酰亚胺的玻璃)
工件厚度(mm)-3.183.18-2.01.44.766.359.5311
切削速度(m/min)3175889031751905762076203810508076206350
主轴转速(r/min)1600018000140008500140001800018000160001800015000
本文作者:张宪(编译)
原载:《工具展望》2011年第2期
上载于:2012-10-26 15:07:07

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