碳纖維、芳(fang)綸(lun)纖維、蜂窩芯等復(fu)(fu)合(he)材(cai)料(liao)具有重(zhong)量輕(qing)，耐(nai)高(gao)溫，破(po)損安(an)全性(xing)高(gao)，機械(xie)強(qiang)度、邊緣強(qiang)度好，耐(nai)化學腐蝕等特性(xing)，今(jin)天正(zheng)被廣泛地應用到許多(duo)領域(yu)，如航(hang)空、航(hang)天、能源、建筑、船舶等。尤(you)其是在飛機制造(zao)業，復(fu)(fu)合(he)材(cai)料(liao)應用的(de)(de)多(duo)少已經成為先進程度的(de)(de)重(zhong)要(yao)標(biao)志之一。復(fu)(fu)合(he)材(cai)料(liao)的(de)(de)加工需要(yao)使(shi)用精準的(de)(de)數控加工設備(bei)以及合(he)適的(de)(de)刀具來完(wan)成。
加工機床的選用
根據復合材(cai)料所具有的(de)性能特點，其切割及鉆孔加工必(bi)須選(xuan)擇主軸轉(zhuan)速在(zai)(zai)每(mei)分鐘8000轉(zhuan)以上(shang)的(de)數控機床(chuang)。在(zai)(zai)吸附方(fang)式(shi)(shi)的(de)選(xuan)擇上(shang)，平(ping)板(ban)類零(ling)(ling)件一般選(xuan)用真(zhen)空平(ping)臺吸附，而曲面類零(ling)(ling)件一般采用帶(dai)真(zhen)空吸附。至于冷卻(que)(que)方(fang)式(shi)(shi)，大部分復合材(cai)料宜采用風冷冷卻(que)(que)，只有碳纖維零(ling)(ling)件可采用水冷方(fang)式(shi)(shi)。
真空(kong)吸(xi)盤(pan)式柔性(xing)夾(jia)具(ju)(ju)系(xi)統(tong)就是一種專門針對復合(he)材料部(bu)件加(jia)工(gong)(gong)發展起(qi)來的(de)(de)(de)(de)配套裝夾(jia)系(xi)統(tong)，這(zhe)一系(xi)統(tong)可在三維(wei)空(kong)間(jian)內將(jiang)彎曲的(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)件按照預先設計的(de)(de)(de)(de)程序固定好，由在工(gong)(gong)作(zuo)區域內的(de)(de)(de)(de)真空(kong)吸(xi)盤(pan)固定。其通用支撐夾(jia)具(ju)(ju)可在2分鐘內自動重新配置，從針對一種工(gong)(gong)件的(de)(de)(de)(de)配置轉換成(cheng)適應另外一種形(xing)狀(zhuang)工(gong)(gong)件的(de)(de)(de)(de)配置，具(ju)(ju)有相(xiang)當高的(de)(de)(de)(de)柔性(xing)。真空(kong)吸(xi)盤(pan)式柔性(xing)夾(jia)具(ju)(ju)系(xi)統(tong)非常適合(he)玻(bo)璃纖(xian)維(wei)、碳纖(xian)維(wei)、芳綸纖(xian)維(wei)、Nomex蜂(feng)窩芯(xin)、鋁蜂(feng)窩芯(xin)等復合(he)材料壁板零(ling)件的(de)(de)(de)(de)外形(xing)和(he)孔(kong)加(jia)工(gong)(gong)。已被國外航空(kong)企業廣泛使用，國內哈(ha)飛、西飛、成(cheng)飛等廠家也已經引進。
加工刀具的選用
眾所周(zhou)知，金(jin)屬工(gong)件加(jia)工(gong)時傳熱快(kuai)，切削(xue)屑和(he)冷卻液(ye)也可以帶走大量(liang)熱量(liang)。而復(fu)合(he)材料導熱慢、難以成(cheng)屑的(de)(de)特點(dian)容(rong)易導致加(jia)工(gong)部位熱量(liang)積(ji)累(lei)，造成(cheng)刀(dao)具的(de)(de)磨損。另外，這(zhe)類材料還容(rong)易產生分層、起毛、拉絲等情(qing)況，表面精度不容(rong)易得到滿足。這(zhe)就(jiu)讓選擇合(he)適的(de)(de)刀(dao)具變(bian)得非常(chang)必要。復(fu)合(he)材料的(de)(de)加(jia)工(gong)刀(dao)具一定要特別鋒利、耐磨，保證加(jia)工(gong)中少換(huan)刀(dao)，而且針(zhen)對(dui)不同種類的(de)(de)符合(he)材料，也要選擇不同類型的(de)(de)刀(dao)具。
碳纖維材料
碳(tan)纖(xian)維(wei)零件(jian)分為兩種，分別是碳(tan)帶和(he)碳(tan)布(bu)，前者在(zai)加工(gong)中更容易出現分層現象。碳(tan)纖(xian)維(wei)零件(jian)屬于多層結構，這(zhe)種結構在(zai)厚度和(he)水平方(fang)向力學性能有(you)很大差異遠(yuan)，因此(ci)加工(gong)時(shi)，出刀部位(wei)非常(chang)容易產(chan)生分層和(he)起(qi)(qi)毛的現象，在(zai)鉆(zhan)孔時(shi)，鉆(zhan)頭應采用三尖(jian)兩刃或兩尖(jian)兩刃形式，鋒利的三尖(jian)可(ke)先將(jiang)碳(tan)纖(xian)維(wei)層劃斷，兩刃對孔壁起(qi)(qi)到修補的作(zuo)用，所(suo)以(yi)使(shi)用這(zhe)種刀具效果(guo)很好。還有(you)一(yi)種鑲(xiang)金(jin)剛石鉆(zhan)頭，以(yi)其鋒利和(he)耐(nai)磨(mo)取勝，鉆(zhan)孔質量(liang)也(ye)相當不錯，但價格(ge)比較昂貴。
在進行邊緣切(qie)割時，也需要解決起毛和分層的(de)(de)(de)(de)問題，一般要使用刀(dao)具的(de)(de)(de)(de)刃部進行切(qie)割。滾(gun)花(hua)結(jie)構形(xing)式的(de)(de)(de)(de)銑(xian)(xian)刀(dao)，由(you)于(yu)有好多鋒(feng)利的(de)(de)(de)(de)小切(qie)削刃，有效限制(zhi)了每一層在厚度方向的(de)(de)(de)(de)運動和撕裂，有效防止(zhi)起毛和分層。鑲金剛石銑(xian)(xian)刀(dao)以其鋒(feng)利的(de)(de)(de)(de)刀(dao)刃，在使用高轉(zhuan)速(su)的(de)(de)(de)(de)情況(kuang)下，迅速(su)切(qie)除(chu)材(cai)料(liao)，保證碳(tan)絲不(bu)被拉出而(er)分層起毛。對小型、薄壁碳(tan)纖維(wei)零件一般采(cai)用整(zheng)體(ti)硬質合金滾(gun)花(hua)銑(xian)(xian)刀(dao)，而(er)對壁厚在5毫(hao)米以上以及大型的(de)(de)(de)(de)碳(tan)纖維(wei)零件，一般采(cai)用鑲金剛石銑(xian)(xian)刀(dao)或(huo)帶(dai)各種涂層的(de)(de)(de)(de)整(zheng)體(ti)硬質合金滾(gun)花(hua)銑(xian)(xian)刀(dao)。
芳綸纖維
芳輪(lun)纖維目前(qian)是復合材料中最難進行(xing)機(ji)械加工的(de)，選用的(de)刀(dao)具不(bu)合適，極容(rong)易產生邊緣分層、起毛、燒(shao)焦等情況。目前(qian)看來，美國(guo)生產的(de)一種ONSRUD
450521整體硬(ying)質合(he)金滾(gun)花(hua)銑刀比較(jiao)可靠。這種(zhong)刀具有多個鋒(feng)利(li)的小切削(xue)刃，配以適當的加工參(can)數后，利(li)用高速數控機床基本(ben)能加工出(chu)合(he)格的邊(bian)緣(yuan)。
蜂窩芯零件
跟前兩種材料(liao)不同，蜂(feng)窩(wo)(wo)芯(xin)(xin)零(ling)件由(you)于(yu)其結構的(de)(de)特殊(shu)性(xing)，最容易出(chu)(chu)現的(de)(de)問題不是分層(ceng)和起毛(mao)，而是撕裂(lie)、壓(ya)塌、芯(xin)(xin)格(ge)變形(xing)、外形(xing)缺(que)損等缺(que)陷。加(jia)工(gong)這類材料(liao)，HSS Hollow CoreCutters刀(dao)具(ju)(ju)表現比較優異。這種刀(dao)具(ju)(ju)可以垂直(zhi)切斷蜂(feng)窩(wo)(wo)芯(xin)(xin)的(de)(de)晶格(ge)，產生一(yi)個未被壓(ya)倒的(de)(de)、整齊(qi)的(de)(de)邊(bian)緣(yuan)(yuan)。蜂(feng)窩(wo)(wo)邊(bian)緣(yuan)(yuan)經過(guo)整齊(qi)的(de)(de)切割(ge)后，再使用(yong)(yong)一(yi)般切割(ge)蜂(feng)窩(wo)(wo)的(de)(de)無齒銑(xian)刀(dao)，將蜂(feng)窩(wo)(wo)自(zi)根部割(ge)斷，徹底分離，此刀(dao)專用(yong)(yong)于(yu)在蜂(feng)窩(wo)(wo)上加(jia)工(gong)出(chu)(chu)深(shen)槽(cao)，并能(neng)高(gao)(gao)效率(lv)地去(qu)除大(da)余量及切割(ge)出(chu)(chu)整齊(qi)的(de)(de)蜂(feng)窩(wo)(wo)芯(xin)(xin)邊(bian)緣(yuan)(yuan)。還有(you)加(jia)工(gong)飛機壁板的(de)(de)槽(cao)銑(xian)刀(dao)，這種組合(he)式刀(dao)具(ju)(ju)適(shi)用(yong)(yong)于(yu)飛機內飾面板蜂(feng)窩(wo)(wo)夾層(ceng)的(de)(de)開(kai)槽(cao)，以便(bian)于(yu)灌注混合(he)體，加(jia)固板的(de)(de)邊(bian)緣(yuan)(yuan)。刀(dao)具(ju)(ju)帶PCD切割(ge)刃，可嵌以金剛石(shi)或高(gao)(gao)速(su)鋼材料(liao)，以螺絲固定。
通過以上所述刀具材料(liao)的選擇以及加(jia)工中應注意(yi)的事項，可以很(hen)好(hao)(hao)(hao)地完成這些復(fu)合材料(liao)零(ling)件(jian)的數控加(jia)工。但復(fu)合材料(liao)的范圍很(hen)廣(guang)泛，各(ge)種(zhong)材料(liao)由(you)于其(qi)結(jie)構和性能(neng)不同，其(qi)加(jia)工所使(shi)用的刀具及其(qi)結(jie)構、所使(shi)用的參(can)數各(ge)不相同，在(zai)好(hao)(hao)(hao)多方面我們還應努力研究與摸索，制(zhi)造出更好(hao)(hao)(hao)的復(fu)合材料(liao)零(ling)件(jian)。