法孚集团高速立式加工中心等多款新品即将亮相CIMT2019

2019-12-06 06:17 来源:未知

[据欧洲《航空航天制造》杂志2011年11月报道]碳纤维复合材料的组成,尤其是碳纤维的高热传导率,使得传统技术很难加工它们。机械式的铣削和钻孔会造成热损伤、碎屑、分层和刀具磨损。好消息是这些损伤可以通过正确使用激光加工来避免。

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英国JK激光公司与利物浦约翰摩尔大学的合作研究表明,激光可以有效地切削、铣削碳纤维复合材料,而不会损害材料的完整性。

碳纤维增强复合材料具有较高的比强度、比刚性,是以碳纤维或碳纤维织物为增强体,以树脂、陶瓷、金属、水泥、碳质或橡胶等为基体所形成的复合材料,轻量化效果十分明显,在航空航天、汽车行业、军工产品中得到广泛应用。但是对碳纤维复合材料的切削加工有一定的难度,本文结合华菱超硬多年来研发金刚石刀具的经验,主要讲述如何选择刀具解决碳纤维复合材料钻孔难题。

法孚集团Fives Forest-Liné Aerostar将于2019年4月15-20日盛大亮相“2019第十六届中国国际机床展览会”,并在自己的E2-B022展台上推出多款新品、精品。

在试验中,一个200W的纤维激光和扫描头用于打孔和铣削。JK200FL还用于切割和钻孔试验,试验中使用常规工艺的扫描头。

一、碳纤维复合材料的分类

高速立式加工中心

与机械式切割和铣削相比,JK200FL的小光点产生了更干净的边缘,造成了最小的热损伤。对1mm或更厚的复合材料进行螺旋钻孔时,切割的质量很高,只有很小的烧伤,而且只在纤维顶层才有。

碳纤维复合材料可从以下两个方面进行分类:

Forest-Liné V-star

使用激光的好处还有:这是非接触的材料去除工艺,意味着刀具磨损显着减少。

根据碳纤维的力学性能可分为高模量,超高模量,高强度和超高强度4种,常用的有碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)、碳纤维增强陶瓷基复合材料、碳/碳复合材料、碳纤维增强金属基复合材料等。

用于大型工件的高速,复合材料的高精度高效率的加工。在全球已销售约200多台高速机床。

根据原丝的类型可分为聚丙烯腈基碳纤维(PAN)、纤维素基碳纤维(粘胶基碳纤维)、沥青基碳纤维、酚醛基碳纤维等。

特点:

二、碳纤维复合材料钻孔存在的问题及难点

• 高速加工机床,规格从3-40米,功率从20kW到120 kW

为什么说碳纤维复合材料钻孔难呢?这是因为碳纤维复合材料是由质软而粘性大的基体和强度高、硬度大的纤维混合而成的二相或多相结构件比较恶劣其力学性能呈各向异性,且碳纤维的硬度很高。机械加工条件比较恶劣,层间强度低,钻削过程中在切削力的作用下容易产生分层、撕裂等缺陷,钻孔时尤为严重,难以保证加工质量,是典型的难加工材料。据统计,飞机在组装时,钻孔不合格率要占全部复合材料构件报废率的60%以上。碳纤维复合材料钻孔难点有:

• 机床柔性高,机床长度可扩展,直线电机驱动,可实现复合材料铣削

刀具磨损严重,耐用度低。钻削区的温度高且集中于刀具切削刃附近很窄的区域内,加之碳纤维复合材料的硬度非常高,故钻孔刀具后刀面产生磨损严重,耐用度低,影响产品的形状、尺寸精度及加工表面质量。另外,钻孔刀具磨损严重和耐用度低也会导致产品加工成本的上升。

• 采用专利的装配系统,噪音低,维护成本低

碳纤维复合材料产生分层破坏。分层是因碳纤维复合材料的层间结合强度低而产生的一种破坏现象,当钻孔参数不合理时,就会使层间受力过大而导致分层,分层会严重降低材料的性能和零件加工质量,即使是微小的分层也是非常严重的安全隐患,甚至使零件报废,严重影响产品的成品率。

• 碳纤维和复合材料加工时的专门防护

钻孔的尺寸精度和表面粗糙度不易达到要求,容易产生残余应力。这主要是因为碳纤维复合材料呈现各向异性,钻削时切削力大,并产生大量的切削热。钻孔时尤为严重,加工精度和表面质量难以保证。

• 动态性能好,进给速度快,加速度高

钻孔效率低。碳纤维复合材料属于典型的难加工材料,材料强度大、硬度高、各向异性,切削力大,切削温度高,导致钻孔刀具磨损加剧,难以提高钻孔效率。

• 高刚性结构

切屑为黑色粉尘,容易污染环境,危害人的健康;另外切屑的导电性易使电器设备和电网短路。

• 机床轴运动的直接测量,加工精度高

三、华菱超硬针对碳纤维复合材料钻孔难点的解决办法

Forest-Liné V-star机床动态性能好,精度高,适合大批量零件的加工。特别适合飞机结构件,翼板和船体等超长和超宽零件的铣削,切边和钻削加工。

( 1)改进钻头的材质,提高钻头的耐磨性。如聚晶金刚石钻头、金刚石涂层刀具等。实验证明,金刚石钻头要优于其他种类的钻头,金刚石刀具是钻削CFRP碳纤维增强复合材料的最佳选择。或者采用特殊的钻头,如中心钻、麻花钻、钻铰刀等,可实现高速较高精度的钻削加工,大大的提高了钻头的使用寿命。

在各种先进加工工艺中,该机床的高速优势非常适合各种单一材质,复合材质,树脂材料,合金材料和难加工材料零件的粗铣和精铣。

选择合适的钻型

高速卧式加工中心

钻削碳纤维复合材料,尽量选择合适的钻型。减小横刃的长度,增加钻头切削部分的后角,提高切削刃的锋利性。钻削碳纤维复合材料用钻头的钻尖应具有一定的刃倾角,且刃倾角为负值,可以有效防止钻孔加工缺陷的出现。

Fives Forest-Liné Aerostar

采用合理的工艺

该机床是客户的最佳解决方案,加工飞机结构件最大可至2×4m,如肋片,隔板或框架等,是金属去除量高的零部件。

在钻孔加工精度要求较高的情况下,钻孔后采用铰孔工艺或金刚石磨头磨孔,能有效的降低孔的表面粗糙度和提高孔的圆度。

特点:

四、华菱超硬碳纤维复合材料钻孔刀具

• 全封闭结构

华菱超硬研发的碳纤维复合材料钻孔刀具有:金刚石钻头、金刚石钻铰刀、金刚石麻花钻、金刚石阶梯钻及非标金刚石钻头等,采用进口PCD片材为切削刃,具有很好的耐磨性能,以碳化钨硬质合金为基体,硬质合金基体具有很好的刚性和尺寸精度,能够确保钻孔铣削的加工质量,并设计内冷通道提高冷却性能,钻头螺旋式排屑槽可提高排屑性能,进而提高加工效率,这对碳纤维复合材料的钻孔加工是非常重要的。

• 齿轮驱动或力矩电机A/C铣削头由Forest-Liné设计生产

华菱超硬碳纤维复合材料钻孔刀具可进行多刃口设计,并且可根据具体加工情况调整角度及锋利度,在复合材料上进行孔加工时,减少钻头的切削力,可避免材料分层现象,锋利的切削刃部能够保证孔的良好质量;钻铰锪一体刀具,钻孔和锪窝一次完成,省略了用常规钻头和铰刀加工时所需要的退刀、换刀和转位,可以大大提高加工效率。

• X、Y、Z轴采用直线电机,低噪音、无磨损、高加工精度

以上就是小编为您介绍碳纤维复合材料钻孔用华菱超硬金刚石刀具的相关内容,如果您有什么想法,欢迎到下方评论留言。

• 智能旋转和翻转装载站

• 托盘配有嵌入式真空网络

• 用户友好人机交互界面

• 高柔性机床配置,单机设备或柔性生产线

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