復(fù)合材料由基體材料陌知、強化纖維的搭配方法以及成形構(gòu)造來看具有多種多樣的性質(zhì)芳迅，與金屬材料相比較，比強度蔓捡、比剛性、耐腐蝕性都更勝一籌愚缔，作為工業(yè)用材料其應(yīng)用范圍日益廣泛擦灸。其中，碳纖維強化塑料（CFRP：Carbon Fiber reinforced plastic）作為輕量垛淮、高性能的材料常用于汽車剂撑、船舶、醫(yī)療器械根适、鐵軌車輛苞毡、航空航天等領(lǐng)域。特別是作為飛機機體材料過去僅用于負載較高的活動翼板等方面继谚，但近年來由于低油耗烈菌、低成本化、對室內(nèi)空間舒適度的要求犬庇，該材料使用比例有了顯著的提高僧界。但是CFRP的加工中，由于分層臭挽、表面剝離捂襟、毛刺、樹脂欢峰、纖維崩缺等問題始終困擾著制造現(xiàn)場葬荷，是一種很難高質(zhì)量加工的材料。
   
    下述記錄了CFRP材料尤其是作為飛機零件使用的優(yōu)勢與劣勢纽帖。

【優(yōu)勢】
① 與金屬材料相比宠漩，比強度举反、比彈性更高，可使機體輕量化扒吁；
② 材料不易被腐蝕火鼻，因此可減低維修成本，改善機內(nèi)的舒適度邀耽；
③ 可整體成形化穗蚌；
④ 疲勞強度較高；
⑤ 復(fù)雜曲面零件可自由成形平葡。

【劣勢】
① 材料價格較貴崭守；
② 由于是脆性材料抗沖擊力較弱；
③ 作為一次結(jié)構(gòu)造件修理較困難宗而；
④ 預(yù)型材需冷凍保管浙辫；
⑤ 較難進行二次加工（鉆孔、修邊等）攻躏。

    飛機機體的組裝主要靠緊固件（鉚釘）等郊檐，因此需要大量鉆孔操作。

    根據(jù)以上內(nèi)容奏散，本文主要介紹用金剛石燒結(jié)體（PCD：Polycryst鋁合金line diamond）與硬質(zhì)合金燒結(jié)而成的比夢鉆進行鉆孔加工俯坐。（圖1）

                                （圖1） 

1.比夢鉆的特長

    比夢鉆是在硬質(zhì)合金基體上加工螺旋槽，并向其中填充燒結(jié)金剛石（PCD）粉末剩喧，在高溫高壓條件下一體燒結(jié)而成的寺晌。由于是燒結(jié)金剛石（PCD）和硬質(zhì)合金整體燒結(jié)，所以比夢鉆具有以下特長澡刹。

①不存在脫焊的憂慮傳統(tǒng)的燒結(jié)金剛石（PCD）鉆頭由于燒結(jié)金剛石（PCD）燒結(jié)體是焊上去的呻征，焊接部分由于切屑的摩擦容易產(chǎn)生空隙，從而容易產(chǎn)生切屑堵塞和卡住罢浇，因此對壽命陆赋、表面粗糙度都有一定影響。

    比夢鉆是在硬質(zhì)合金基體內(nèi)注入燒結(jié)金剛石（PCD）燒結(jié)而成嚷闭，也就不存在焊接的煩惱了攒岛。特別是在高速、超高速加工中不存在傳統(tǒng)PCD刀具常見的脫焊掉出的憂慮胞锰。

②長壽命和高精度

    由于切削刃采用的是燒結(jié)金剛石（PCD）灾锯，與硬質(zhì)合金鉆頭和金剛石涂層鉆頭相比可大幅度延長壽命。燒結(jié)金剛石（PCD）具有優(yōu)質(zhì)的耐粘附性嗅榕，所以可穩(wěn)定的得到良好的表面光潔度和孔徑精度顺饮。

③可制作小直徑尺寸

    由于鉆頭是由燒結(jié)金剛石（PCD）和硬質(zhì)合金整體燒結(jié)而成的，所以最小直徑可做到φ0.4mm凌那。不會發(fā)生焊接刃燒結(jié)金剛石（PCD）鉆頭的硬質(zhì)合金支撐部分剛性不足的情況沿阁。

④螺旋刃燒結(jié)金剛石（PCD)

    由于是整體燒結(jié)嫌盲，燒結(jié)金剛石（PCD）制作成與硬質(zhì)合金鉆頭同樣的螺旋刃。燒結(jié)金剛石（PCD）刃部外周有30°螺旋角铆贞，鋒利度極好赐赁。與焊接燒結(jié)金剛石（PCD）鉆頭相比，由于擁有較大的螺旋角可防止孔口崩邊及起毛的產(chǎn)生伶摩。

⑤可對難加工材料進行鉆孔

    CFRP画眯、金屬分子復(fù)合材料（MMC）、石墨务囤、碳材、硬質(zhì)合金您风、陶瓷粉等幅挂，從這些材料本身所具有的特性來看，硬質(zhì)合金鉆頭的壽命是極短的参攻。與此不同腺帽，比夢鉆切屑刃基體是燒結(jié)金剛石（PCD）材料，并擁有較大螺旋角的低阻力刃口髓绽，因此應(yīng)對這類被加工材料亦可達到穩(wěn)定的長壽命敛苇。尤其是在CFRP加工中纖維切斷能力較強，軸向抵抗值較小顺呕，可抑制分層枫攀。

⑥可進行真正意義的重磨

    與硬質(zhì)合金鉆頭相同，在燒結(jié)金剛石（PCD）層范圍內(nèi)可進行重磨株茶，經(jīng)濟性良好来涨。并且與金剛石涂層鉆頭不同，重磨不會改變鉆頭外徑的大小启盛，同時重磨的鉆頭幾何形狀不會發(fā)生改變蹦掐，從而其加工性能亦十分穩(wěn)定，不會出現(xiàn)焊接金剛石鉆頭一樣重磨后幾何形狀改變的問題僵闯。

2.CFRP的孔加工

①與高速鋼卧抗、硬質(zhì)合金鉆頭比較

    高速鋼鉆頭纖維切斷能力低，從加工初期開始毛刺就較多鳖粟，加工到48個孔時孔口狀態(tài)如照片所示毛刺非常嚴重社裆。硬質(zhì)合金鉆頭切削阻力隨著刃口磨損而增加，毛刺牺弹、分層也出現(xiàn)的比較早鹃改。與此相對比夢鉆即使加工300個孔，孔口情況也如初期那樣呈現(xiàn)完好狀態(tài)砸新，完全可以繼續(xù)使用侦萍。并且咸壮，由于刃口具有很好的耐磨性，因此可提高切削速度均壳，能夠?qū)崿F(xiàn)8倍高速鋼漆究、4倍硬質(zhì)合金鉆頭的高效率加工。

②孔徑精度

    用直徑為4.8mm的比夢鉆加工孔深為15mm的孔徑變化情況為加1000孔后孔進出口超差仍保持在0.020mm以內(nèi)拔翠，加工非常穩(wěn)定钉榔。此外，比夢鉆外徑公差為0-0.012mm翅窥，比涂層鉆頭精度高很多圣钝。而緊固件（鉚釘）等要求的孔徑允許值較多都要求在0.08mm以內(nèi)，可見能夠充分保證加工孔的質(zhì)量没惶。

    本鉆頭加工1000個孔后的刃口狀態(tài)如圖2所示肖喂。

                    （圖2）

    無微小崩刃等異常情況，屬正常磨損庆杜。同時此鉆頭可簡便重磨射众，重磨后依舊能維持孔精度極具經(jīng)濟性。

③螺旋角的比較

    圖3中表示的是螺旋角不同的鉆頭比較晃财。螺旋角23°的鉆頭加工到第440個孔時叨橱，孔口出現(xiàn)纖維未切斷而造成的毛刺，與此相比断盛，30°的鉆頭即使加工到第660個孔時孔口情況也如圖6右邊照片所示僅有微小分層罗洗，孔質(zhì)量依然保持完好。

                                       （圖3）

    這是由于螺旋角增大減低了軸向阻力郑临，使得纖維切斷能力得到提高栖博。比夢鉆正是因為擁有了這樣的燒結(jié)金剛石（PCD）刃口，在CFRP材料加工中優(yōu)勢極大厢洞。

④刃口形狀的比較

    比夢鉆刃口形狀選擇了臺階式仇让，因此可有效抑制分層。

   其與直刃鉆的區(qū)別躺翻，比較了直徑4.8mm鉆頭加工孔深為15mm的通孔1000個后的孔口毛刺高度丧叽。與直刃鉆0.22mm相比較，臺階式刃形減少到0.15mm真葱。

    我們公司基于上述性能宴忱，現(xiàn)可根據(jù)客戶的要求生產(chǎn)擁有CFRP材料專用諸多元素的比夢鉆。

3.加工事例

①階梯鉆型比夢鉆

    圖4表示的是飛機機身零件的加工事例讨砍。由于緊固件孔口需同時加工錐型倒角巾妇，因此在比夢鉆上附加了倒角刃。

                                    （圖4）

    在此例加工中鉆頭壽命等以出口分層程度來判斷佩讨，大約達到1000個孔左右哥甲。

    孔口倒角部分毛刺多盅、纖維崩缺等情況均未發(fā)生，整個加工部分質(zhì)量非常優(yōu)良裹耗。另外勤右，此鉆頭重磨時必須鉆頭先端刃口和燒結(jié)金剛石（PCD）倒角刃部分同時進行。

②CFRP+鋁合金（A7075）疊板加工

    在機翼零件CFRP+鋁合金材料的疊板加工事例中痘宋，過去都是焊接式燒結(jié)金剛石（PCD）鉆頭進行這類孔加工的虫甲。這種燒結(jié)金剛石（PCD）鉆頭雖然有螺旋槽，但由于刃口處焊接了燒結(jié)金剛石（PCD）平板塌瑞，因此刃口沒有螺旋角辩块。加工中通常以鋁合金材料出口處的毛刺來判定刀具的壽命，傳統(tǒng)的焊接燒結(jié)金剛石（PCD）鉆頭約加工1000孔后即產(chǎn)生毛刺荆永，達到壽命極限庆捺。另外，由于焊接的緣故屁魏，刀具強度不足燒結(jié)金剛石（PCD）部分易發(fā)生崩刃無法得到穩(wěn)定的刀具壽命。燒結(jié)金剛石（PCD）部分的崩刃亦導(dǎo)致無法進行重磨捉腥，加工成本也隨之增大氓拼。比夢鉆良好的鋒利度可有效抑制毛刺的發(fā)生，壽命可延長至2倍約2000個孔抵碟。此外桃漾，比夢鉆是整體燒結(jié)的，刃口具有超群的強度可防止崩刃拟逮，因此可進行真正意義上的重磨撬统，正是由于長壽命、可重磨敦迄，所以加工成本可削減至焊接金剛石（PCD）鉆頭的1/3恋追。

    疊板加工時根據(jù)冷卻的狀況，常會發(fā)生第一塊板加工完加工第二塊板時奖岛，加工物稍一移動恕孙，鉆頭就會發(fā)生折損的情況。此時淑储，將零件進行有效固定是最重要的帘缤，另外將鉆頭從頭部幾毫米之后的鉆身外徑磨小，也是零件發(fā)生竄動時防止鉆頭折斷俏堆，進行穩(wěn)定加工的良策憋屑。

4.使用注意事項

    由于切削刃上是既硬又脆的燒結(jié)金剛石（PCD），因此對加工系統(tǒng)需要超出使用硬質(zhì)合金鉆頭時的剛性篡呆。推薦使用高剛性機床汽后，高剛性裝夾工件面旋。

    以上在本文中主要闡述了關(guān)于CFRP飛機零部件材料的孔加工。該材料與金屬材料相比較具有壓倒性的比強度及優(yōu)越的耐腐蝕性解瀑，因此今后在其他領(lǐng)域該材料的運用比例也會逐步增加盾轮。與該材料加工相關(guān)的成本、品質(zhì)的課題還有很多蛛蒙，但我們堅信比夢鉆作為解決方法之一一定會為航空宇宙產(chǎn)業(yè)做出有價值的貢獻糙箍。

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