复合材料加工用的新型钻头

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　以航空工业最先进的美国波音飞机为例，原有的747型飞机目前发展到现在的787型，其机体部分材料构成，原广用的铝合金由81﹪降为20﹪，钢由13﹪降为5﹪，而钛合金由4﹪增加到15﹪，复合材料由4﹪大幅度增加到50﹪。同样欧洲的新型空客A350XWB型现铝合金只占20﹪，钢仅占7﹪，而钛合金增至14﹪，复合材料更高达52。复合材料是两种或两种以上不同特性材料组合，质量轻，并具有某种特定性能。复合材料的基体材料常用有树脂等，增强材料主要是纤维。过去玻璃纤维用得很多，它和树脂复合构成的复合材料GFRP，被称为“玻璃钢”其密度为1.6kg/dm,强度为400N/mm。玻璃钢不但用作航空材料，也广用于造船等部门。当今以特殊热处理工艺制成微细碳结晶而构成的碳纤维，因其质轻又具优良的性能使用日益广泛。常用碳纤维复合材料(CFRP)是以碳纤维为增强材料和环氧树脂等粘合构成，碳原子固有的特性是低密度，低热膨胀率，耐热性好，化学稳定性好，自润滑性好。CFRP密度为1.7kg/dm,强度高达900N/mm，硬度高(HRC53-65)，它的比强度，比刚度高，抗疲劳性好，耐热性好。切削加工时，由于其导热性差(仅为奥氏体不锈钢的1/5-1/10)，局部热量集中，而易发生烧伤，由于各向异性，层间强度低，加工中易产生分层，撕裂，毛边，毛刺，表面质量差等缺陷。再加上切屑部分形成粉尘，污染环境，危害人体健康。故属于难加工材料。还有强度更高密度更低的芳纶复合材料(AFRP)，待进一步的开发利用。下面主要以炭纤维材料为例，介绍新开发的加工它们的先进刀具。

　　碳纤维等复合材料和金属的切削原理和过程不同。金属切削是切刃切入金属使之产生剪切滑移断裂形成各类切屑的过程，而碳纤维复合材料是通过锋利的刀刃去强制折断纤维和切断环氧树脂层的。纤维如磨料反过来摩擦磨损刀具。

　　碳纤维复合材料主要用在飞机机体，以先进的A380飞机为例，目前它的垂直艉翼，水平艉翼，襟翼，翼加强筋，整流罩，后压力舱盖，中翼盒，外翼盒，客舱地板粱等等均采用炭纤维复合材料构件。其他行业如太空，军事，体育器材，能源，汽车，建筑，造船等也得到日益广泛地应用。它们的加工多用钻削，铣削，据统计国外钻，铣在复合材料加工中，约各占38%，其他切削加工如车，磨，螺纹加工等也有应用，还用到了水射流加工，激光加工等。

　　切削加工复合材料零件同时，不应使它造成脱层，纤维散开，生成燃烧附着物，并且无毛刺。因此必须改进原有刀具，工艺和工艺过程控制。对刀具的改进主要在开发采用新耐磨耐热的材料，在几何结构和角度选择方面，应力求使刃口锋利，减少切削力切削热，自身工作寿命要尽可能地长。。

　　钻孔时主要问题是钻各层时材料阻力有变化和钻透时力的突然消失，引起进给速度的变化，导致脱层毛刺，材料剥蚀，复合材料不同层面直径不同。再加上碳纤维复合材料导热性极差，很易造成烧伤。为此DiaCut开发出了带真正螺旋角的PCD钻头。

　复合材料加工用的新型钻头

　　一般的PCD钻头是在钻尖焊接一块PCD,不具备螺旋角容屑槽，而DiaCut PCD钻头在钻夹焊接一整块钻尖，并且利用先进的激光加工技术雕琢成具备和通常麻花钻相同的螺旋角和容屑槽， 成为真正意义的超级钻头，大大提高了加工效率和钻头的使用寿命，同时提高了复材的加工质量。