專題 | 航空航天零部件加工

2021-02-15 工具技術

CFRP由碳纖維和樹脂製成,其結構為碳纖維層與熱硬化樹脂層交錯排列,重量大約僅有鐵的1/4,強度卻是其10倍,具有耐腐蝕性、耐熱性和高剛性等特性。但也存在碳纖維層硬而脆、樹脂太軟易發生彈性變形的特點。

三菱綜合材料開發出按照用途優化了形狀和材質、共有7個種類的CFRP加工專用鑽頭MC系列,重點介紹MCA和MCC兩種鑽頭。

MCA鑽頭

MCA是CFRP與鋁疊層材料的專用加工鑽頭。加工疊層材料時,碳纖維和鋁這兩種切削性不同的原料要使用同一個鑽頭,但在鑽頭穿過CFRP層切削鋁層的過程中,鋁的切屑會刮掉CFRP的部分壁面,導致CFRP層與鋁層的孔徑出現誤差。

為防止這一現象,三菱綜合材料在開發MCA時對溝槽形狀進行了全新設計。普通鑽頭的槽寬上下一致,但MCA的槽寬是從前端向根部逐漸加寬。先用細溝槽產生細小的切屑,然後將細小的切屑排入後面的大溝槽以防幹擾孔壁,是專門用於疊層材料的溝槽設計。MCA同時運用了公司現有產品——深孔加工用MWS鑽頭以及汽車輪轂加工用MHE鑽頭的技術訣竅,在開始開孔時生成細小的切屑,將其包裹在窄溝槽中,然後切屑沿逐漸變寬的溝槽排出,不與孔壁發生幹擾。MCA可以說是超長鑽頭MWS的主體與輪轂鑽頭MHE的前端合二為一的新概念鑽頭。

MCC鑽頭

在汽車和風力發電等領域大多使用CFRP單體,而飛機部件領域不僅使用疊層材料,也使用CFRP單體,MCC是專用於CFRP單體的鑽頭。

在CFRP單體上開孔的最大問題是抑制出口側的「分層」。單體的出口側不像疊層材料那樣疊加了金屬,由於出口側開放,所以沒有面來承受鑽頭穿透CFRP層瞬間產生的切削阻力,因此會出現出口側的CFRP表層隆起並剝離的現象。

為防止「分層」,MCC以最大限度提高鋒利度、乾淨利落切斷CFRP的碳纖維為重,採用了減少切削阻力的形狀。一般鑽頭刃尖的前角為負,通過重視耐缺損性來延長壽命,但負前角不能順利切斷堅硬的碳纖維層。MCC利用本公司刀具材料優異的耐缺損性,增大了垂直於轉軸的前角。其鋒利程度很高,用手直接觸碰切削刃就會割破。這樣鋒利的切削刃可以瞬間切斷CFRP的碳纖維,不僅抑制了出口側的「分層」,還能抑制「未切割纖維」。而且,通過將前端角度設為90°,從加工開始就減少了推力,也有助於抑制「分層」。

塗層特點

CFRP的碳纖維具有優秀的機械性能,在沒有塗層的情況下,即便是硬質合金製成的鑽頭,在開始切削的瞬間就會發生磨損。為了提高耐磨損性,MCA、MCC均採用了CVD金剛石塗層。

要想最大限度提高鑽頭前端切削刃的鋒利度,除刃尖形狀外,還必須考慮金剛石塗層晶粒的大小。三菱綜合材料的新型CVD金剛石塗層晶粒非常細,對刃尖的附著性好,壽命約是以往塗層的10倍。

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