金刚石刀具解决碳纤维复合材料切削加工难题

一、碳纤维复合材料的分类

碳纤维复合材料可从以下两个方面进行分类：

（1）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、碳纤维增强树脂复合材料等。

（2）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。

碳纤维复合材料应用

二、碳纤维复合材料切削加工难题

为什么说碳纤维复合材料难加工呢？是因为碳纤维复合材料在加工过程中，树脂与纤维存在复杂的内部相互关系，往往会出现碳纤维拉丝或者脱离，并且碳纤维复合材料具有较高的耐热性和耐磨性，在加工过程中会产生大量的切削热以及磨损，对加工设备的要求也很高。碳纤维方向30°、60°、90°是最关键的方向，它们会导致大的切削力集中磨损，碳纤维复合材料难加工的一个主要原因就是对刀具的磨损非常严重，而且磨损很快，磨损主要分为刀尖磨损、刀具侧面磨损、刀具边缘磨损；另外，切削工艺参数也会显著影响到刀具的磨损。

三、如何选择刀具材质加工碳纤维复合材料？

碳纤维复合材料加工刀具材质与硬质合金、金刚石涂层刀具、聚晶金刚石（PCD）刀具。

（2）金刚石涂层刀具是在硬质合金整体刀具或PCD刀片的基体上做金刚石涂层，可使切削刃耐磨性更高，不仅拥有金刚石的高硬度和耐磨性，而且能在较长的加工周期内保持原有刀具的几何结构，保证加工效果。

华菱超硬PCD刀具牌号性能

四、金刚石刀具解决碳纤维复合材料切削加工难题

由于纤维材料和金属材料的机械性能有很大的差别，容易在加工过程中出现毛刺、分层断裂等缺陷，所以在加工航天航空行业内的零配件时，聚晶金刚石（PCD）刀具要比传统的碳化钨硬质合金刀具获得更高的加工质量。

（1）碳纤维复合材料钻孔刀具

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（内部螺旋冷却）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。

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。

华菱超硬PCD钻头

（2）碳纤维复合材料铣削刀具

华菱超硬推出的碳纤维复合材料铣削刀具有：金刚石铣刀片及配套铣刀盘、金刚石立铣刀、金刚石螺旋立铣刀、金刚石单刃铣刀、金刚石双刃铣刀、金刚石球头铣刀以及非标金刚石铣刀等，华菱超硬金刚石铣刀的优势在于规格齐全、非标定制可快速交货，并能够根据样品效果快速进行改进提升；另一优势在于其具备内冷性能，在对CFRP碳纤维增强复合材料板材进行铣削加工时，在压缩空气的作用下，内冷孔可以促进CFRP碳纤维增强复合材料切屑经铣刀螺旋排屑槽快速排出；在对CFRP/钛层叠板材料进行加工时，可以通过密封的内部冷却通道进行冷却润滑，在促进润滑的同时还可以降低在钛材料加工中形成的高热，因为这种材料的热传导率较低，而金刚石PCD刀具的切削温度不宜过高（600°以内为佳）。

华菱超硬pcd铣刀

（3）碳纤维复合材料车削刀具

华菱超硬推出的碳纤维复合材料车削刀具有：金刚石刀片、金刚石车刀以及非标金刚石刀具等，车削加工是在CFRP碳纤维增强复合材料加工中应用非常多的方法也是很基础的方法，通常适用于圆柱表面预定公差的实现。适合车削碳纤维复合材料可以应用的刀具主要材料为：硬质合金或陶瓷以及聚晶金刚石。加工工艺中进刀速率，吃刀深度，和切削的速度都会影响工件成品表面质量和道具损坏程度，这也是进行技术优化的目标方向。

华菱超硬PCD刀片