碳纤维、芳纶纤维、蜂窝芯零件数控加工刀具的选用

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1、唧⋯纠。复合村奉}切翻加1：碳纤维、芳纶纤维、蜂窝芯零件数控加工刀具的选用SelectionofNCCuttingToolforCarbonFiber／KevlarFiber／HoneycombCorePart中航工业西安飞机工业(集团)有限责任公司张菊霞田卫※菊置毕n于华北航天工业学院机械设备#翩造专＆．从事铝台金等金属}件的数控加工10年．现主要从事各种复合材料零件的数控加工。复合材料被广泛地应用到许多领域，如航空、航天、能源、建筑、船舶等，在飞机制造业的应用中尤为突出．复合材料应用的多少已经

2、成为飞机先进程度的重要标志。由于复台材料性能(重量轻，耐高温．破损安全性高，机械强度、边缘强度好．耐化学腐蚀等)的不断提高，飞机上大型的通过以下所述刀具材料的选择以及加工中应注意的事项，可以很好地完成这些复合材料零件的数控加工。但复合材料的范围很广泛，各种材料由于其结构和性能不同．其加工所使用的刀具及其结构、所使用的参数各不相同，在好多方面我们还应努力研究与摸索，制造出更好的复台材料零件。翼盒壁板、蒙皮、同定前后缘、中央翼、内外襟翼、各种各样形状的长桁、粱、肋等零件均可被设计为复合材料零件。这些零

3、件多采用碳纤维、芳纶纤维、蜂窝芯等材料．经成型完工后．边缘都带25～50ram的余量，好多零件上都需加工出不同数量的装配孔、定位孔或开口．这些边缘余量、各种孔、开口．都需要用精准的数控加工设备完成。加工机床选用根据碳纤维、芳纶纤维、蜂窝芯材料的性能特点，切割、钻孔必须选择主轴转速在8000r／rain以上的数控机床．大部分为风冷玲却(碳纤维零件可采用水冷)。对于平板类零件，一般选用真空平行吸附加I．。曲面类零件．一般采用带真空吸附的铣切工装。下面介绍一种配备柔性夹具的机床，此机床主要优点是便于对各

4、种形状的大型复合材料零部件(玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、Nomex蜂窝芯、铝蜂窝芯等)的大批量边缘铣切、制孔、开口等，生产效率高．经济效益显著。真空吸盘式柔性夹具系统是一种根据数控钻铣床发展起来的配套装夹系统．该系统的主要功能是可在三维空问将弯曲的工件按照预先设计的程序固定好，工件由在TORESMILL龙门设备的工作区域内的真空吸盘固定。TORESTOOL通用支撑夹具可在2rain内自动重新配2010年事¨崩·航空翻造技术7l置，从针对一种1二件的配置转换成适应另外一种形状工件的配置。特删适用于壁

5、板零件的外形和孔的加工。因为避免了大量铣切夹具的制造和_T参数对复合材料零件的加工质量尤为重要。由于复合材料硬度大．对刀具磨损严重，其加工刀具一定要特别锋存放．可显著降低成本井竹约生产面积，从而被国外航空企此广泛使用。国内哈飞、西飞、J戎飞等厂也已引进。如图I所示。加工刀具的选用众所周知，金属零件加T时传热快．易成屑．并且nr以使用冷却渡来降低刀具段加丁部位的热量，大量的切屑带走热量；而复合材料尤其是层压零件加丁=时难成倩、导热慢，加r部位热量高．刀具易磨损，这对加T复台材料的刀具、工艺方法要求很

6、高，完全不同于普通机械NT_．茸最大的难点是加工时材料容易分层、起毛、拉丝．通常加T后产品表面粗糙度很差。而且．复合材料零件价格昂贵，数控加工是它的最后工序．一旦出现问题将前功尽弃，且损失惨重。因此．选择合适的机床、加工方法，加利、耐磨，保证加r巾少换刀1碳纤维加工碳纤维零件分为2种．一种材料为碳布．另一种为碳带，碳带比碳布在加工中更易分层。(I)钻孔。在金属零件的钻孔T艺对程中．材料在厚度方向为一个均匀的整体，不容易分层或起毛；而碳纤维零件属多层结构．在材料的厚度和水平方向力学性能卡日姜甚远，所

7、以钻孔时，出刀部位容易产生分层和起毛现象，选时对刀具提出更高的要球，从结构上来讲．钻头采用i尖两刃或两尖两72航审割造技术2010年第15期目2两女两w整体硬质台盘钻头刃形式(如罔2所示)，锋利的二尖可先将碳纤维层划断．两刃对孔壁起到修补的作用．所以使用这种刀县效果特别好。还有英国Technieul公司生产的镶金剐石钻头．以其锋利和耐磨取胜．钻出的孔也不错．罔3(a)为利用一般的整体硬质台金钻头钻fL，周3(b)为利用德罔DIXI的一种=尖两刃整体硬质合金钻头钻孔。(h)扎边不丹层f台格】目3钻孔

8、后孔边分层情m(2)边缘、开口切割。小型、薄壁碳纤维零件边缘的切割一般采用整体硬质合金滚花铣刀．大型、壁厚(5ram以上)的碳纤维零件边缘的切割采用镶金刚石铣刀或带各种涂屡的整体硬质合金滚花铣刀。边缘，开口切割主要是解决起毛和分层的问题，使用刀具的刃部，滚花结构形式的铙刀．由于有好多锋利的小切削刃，有效限制r每一层在厚度方向的运动和撕裂．有效防止起毛广．]m．复合材料切闰加工2芳纶纤维芳轮纤维目前是复合材料中机械加工最难的材料，特别容易分层、起毛。选用的刀具不合适，会使切割后的边缘