隨著新一代碳纖維增強塑料(CFRP)和層壓材料向更輕、更強發展,性能不斷提高,其在滑雪板、網球拍、軍用飛機和汽車等各個領域中的地位日漸突出。作為一種工件材料,其由來已久的主要挑戰是如何提高制造工藝,尤其是機加工。雖然應用于機身或輪船框架性能優異,但各類纖維增強環氧樹脂、聚酯和乙烯基塑料,硬度高,難切削,并且不能容忍加工過程中的一點點異常偏差。且預加工附加值高,更不允許廢品的產生。慶幸的是,新一代專用刀具紛紛涌現,解決了各類復合材料的最常見加工需求。
目前復合材料切削的首選刀具解決方案是,采用整體硬質合金為基體,薄的PVD金剛石(PCD)涂層、釬焊PCD刀片或在切削刃處燒結PCD。在實際針對各種先進復合材料的成千上萬應用中,伊斯卡的上述刀具比大部分其他同類產品(也包括CVD金剛石涂層硬質合金刀具)都要出眾。材料越硬,增強纖維的密度越高,工藝改進的余地也就越大。
從刀具的角度而言,整體硬質合金刀具具有保證工件尺寸精密公差、位置公差以及表面光潔度所必需的剛性和尺寸精度。整體硬質合金也使得切削幾何結構優化成為可能,這樣可以減小切削力、切削熱、未切削纖維、杯突、拉絲、起毛等問題以及可更好地控制切屑。
薄的PVD金剛石(PCD)涂層(應用于整體硬質合金刀具或PCD刀片)使切削刃耐磨性更高,從而保障在較長的加工周期內刀具保持原有的幾何結構。奧秘在于實現PVD的金剛石(PCD)薄涂層。它們不僅提供金剛石的耐磨性,而且有利于保持硬質合金刀具加工的理想切削幾何結構。相比之下,CVD(化學氣相沉積)涂層方式不可避免地形成了較厚的金剛石涂層,不利于幾何結構優化。
主流復合材料加工刀具
如前所述,整體硬質合金基體金剛石增強鉆頭已被證明非常成功。因為它們在加工復合材料時,能保持比普通整體硬質合金刀具更長久的鋒利狀態。
銑削碳纖維材料
目前市場上有四種金剛石增強刀具適合加工復合材料:
(1)CVD金剛石涂層硬質合金–兼具金剛石的高耐磨性,硬質合金刀具的尺寸精度的優點。缺點是涂層較厚,可能降低切削刃的鋒利性,甚至使得切削刃偏離正確的幾何形狀。
(2)PVD金剛石涂層硬質合金 - 兼具金剛石的高耐磨性,硬質合金刀具的尺寸精度的優點。切削刃更鋒利,對切削刃幾何形狀的控制更佳。
(3)于整體硬質合金基體上,釬焊金剛石刀片 - 適用于僅對刀具前刃具有金剛石耐磨性要求的情況。
(4)高壓整體燒結金剛石(PCD)整體硬質合金鉆頭——其特點為,燒結金剛石(PCD)于整體硬質合金刀具刃槽中。