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先进复合材料加工用切削工具
MAPAL

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一般报道各公司涂层性能大致相当于PCD 性能，但据MAPAL 公司报道，他们的特殊金刚石涂层硬度比PCD 高60%，所有使用PCD 的刀具都可以用金刚石涂层来代替，有的情况下，寿命甚至比PCD 高两倍，可以完美地加工CFRP、GFRP、高硅铝合金等。 1. MAPAL 钻削工具 MAPAL 加工复合材料的钻削工具主要有四大类：MEGADRILL-COMPOSITE-MD 用于加工多向纤维层的CFRP；MEGA-DRILL-COMPOSITE-UD 用于加工单向纤维层的CFRP；TTD-STACK-DRILL（刀头可换式），用于加工CFRP 和金属构成的叠层复合材料；MEGA-STACK-DRILL 也用于加工CFRP和金属构成的多层复合材料。以上这几类均是在硬质合金钻头的基础上，具有金刚石涂层。其化学稳定性好，切削温度低，耐磨性高，钻头表面很硬，内部还保持硬质合金的韧性，既耐磨又有一定的韧性。在加工直径较大的孔时，整体硬质合金钻头成本很高。而且也是对自然资源的浪费。因此MAPAL 开发了头部可更换的TTD 钻头，目前最大直径达 40，最大长径比达12×D。刀头通过背面圆周上多个三角形槽等与刀体密切结合定位，再锁紧，故联结刚性高。 2. MAPAL 立铣刀 MAPAL 的各类加工三维型面的立铣刀包括球头、环状圆弧头等立铣刀，其优点是：即使复合材料中含极坚韧的磨料，立铣刀的寿命也很长，加工表面质量好。图1 是MAPAL 提供的几种立铣刀。其中，1 是带PCD 刀片和CVD 金刚石涂层的立铣刀，用于铣削CFRP 和GFRP 零件时寿命很长。2 是精铣CFRP和GFRP 的四刃立铣刀，加工表面质量高。3 是粗铣CFRP 和GFRP 的立铣刀。4 是能高效一次完成粗铣、精铣CFRP 的立铣刀。5 是铣削和侧面修整铣削Kevlar（芳纶纤维的一种）的双刃立铣刀。另外还有一类优化了几何结构，同时具有单向和左右螺旋槽，带锯齿刃的立铣刀，也可用于CFRP 和GFRP 的侧缘修整、铣槽、铣型腔等。（图片）图1. 各类加工复合材料用立铣刀 3. 特殊套料钻、锯片铣刀、面铣刀等钻CFRP，GFRP 零件较大的孔时，为了降低成本，MAPAL开发了套料钻，如图2 中的1。这种钻头装有两片PCD 刀片，加工质量高且稳定，寿命长，加工后在工件出口不分层。与一般钻头加工相比，不但效率高，质量好，而且因切削量减少，粉尘也大为减少，机床功率也减少了75%。其上的PCD 刀片的更换也很方便，在风力发电设备的叶片转子组件加工中得到了广泛的应用。图2 中的2 是刀头可换的TTD 型钻头。它是为了加工GFRP 材料叶片定位件的定位孔而特殊设计的。这是一款性价比高的钻头。图2 之3 是装20 片PCD 刀片的盘铣刀，直径是400毫米，所装刀片数量多，能高效快速地加工除去转子叶片根部的突出树脂，其刀体两侧表面经过抛光可减少加工时的热量。还有一个优点是不像一般金刚石锯，加工表面会产生锯痕。图2之4 是装金刚石刀片的面铣刀，可以精加工上述盘铣刀切除突出树脂后的轮毂联结表面，达到要求的平面度。（图片）图2. 加工复合材料的套料钻，刀头可换钻，盘铣刀，面铣刀 4. 钻头和铰刀 MAPAL 在加工CFRP 和金属基复合材料（钛/ 铝）后，不断总结经验，优化改进了钻头结构。下面主要介绍两种：（1）钻铝合金-CFRP 材料机翼组件的TTD（可换刀头）钻头。其几何结构和涂层按层板的不同组成和不同加工方向而有所变化。在加工CFRP 和铝合金层板时，使用TTD 钻头可一次加工出H8 级孔。层板组成为钛合金时，直径大于12 毫米的孔可用TTD 钻头钻出，当要求加工出较高的精度时，则需经铰削；（2）铝合金-CFRP- 钛合金构成的机翼组件上的孔，需要用HPR（高性能铰刀）可换刀头式铰刀加工，以达到要求。随着复材应用范围的扩大，新型材料不断出现，为了对其进行可靠加工，不断开发新型刀具，都意味着新的挑战。 5/22/2015


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