前瞻研报ℱ2018年全球及中国碳纤维需求现状与2019年前景分析

本文摘要：（由ai生成）碳纤维复合材料因质量轻、强度高广泛应用于航空航天等领域，但其切削加工难度大。本文探讨了刀具选择对加工碳纤维复合材料的影响，推荐聚晶金刚石（PCD）刀具为较理想选择，并介绍了华菱超硬金刚石刀具在解决切削难题中的应用，包括钻孔和铣削刀具。CFRP碳纤维增强复合材料具有质量轻、强度高的优点，在航空航天领域有着大量的应用，如航天飞机的舱门、仿生机械臂以及压力容器等。随着航空制造技术的不断发展，先进民用飞机在结构中大量地使用了碳纤维增强树脂基复合材料，主要部位有：整流包皮、副翼、发动机罩、阻力板、扰流器、起落架舱门、水平和垂直尾翼、方向舵及其他主要及次要承力结构件等。在民用领域，CFRP碳纤维增强复合材料的应用也不断扩大，如汽车结构件、风力发电机叶片、体育器材等。碳纤维增强复合材料具有较高的比强度、比刚性，是以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以树脂、陶瓷、金属、水泥、碳质或橡胶等为基体所形成的复合材料，轻量化效果十分明显，在航空航天、汽车行业、军工产品中得到广泛应用。但是对碳纤维复合材料的切削加工有一定的难度，本文结合华菱超硬多年来研发金刚石刀具的经验，对如何选择刀具解决碳纤维复合材料的切削加工难题进行探讨。碳纤维复合材料应用一、碳纤维复合材料的分类碳纤维复合材料可从以下两个方面进行分类：（1）根据碳纤维的力学性能可分为高模量，超高模量，高强度和超高强度4种，常用的有碳纤维增强复合材料(CFRP)、碳纤维增强陶瓷基复合材料、碳/碳复合材料、碳纤维增强金属基复合材料、碳纤维增强树脂复合材料等。（2）根据原丝的类型可分为聚丙烯腈基碳纤维(PAN)、纤维素基碳纤维(粘胶基碳纤维)、沥青基碳纤维、酚醛基碳纤维等。二、碳纤维复合材料切削加工难题为什么说碳纤维复合材料难加工呢？是因为碳纤维复合材料在加工过程中，树脂与纤维存在复杂的内部相互关系，往往会出现碳纤维拉丝或者脱离，并且碳纤维复合材料具有较高的耐热性和耐磨性，在加工过程中会产生大量的切削热以及磨损，对加工设备的要求也很高。碳纤维方向30°、60°、90°是最关键的方向，它们会导致大的切削力集中磨损，碳纤维复合材料难加工的一个主要原因就是对刀具的磨损非常严重，而且磨损很快，磨损主要分为刀尖磨损、刀具侧面磨损、刀具边缘磨损；另外，切削工艺参数也会显著影响到刀具的磨损。三、如何选择刀具材质加工碳纤维复合材料？碳纤维复合材料加工刀具材质与硬质合金、金刚石涂层刀具、聚晶金刚石（PCD）刀具。（1）硬质合金刀具采用YG类添加TaC或NbC超细颗粒硬质合金，此类材质刀具耐热性和抗氧化性好，但加工碳纤维复合材料时，刀具磨损严重，零件外表面粗糙有撕裂痕迹，切削加工中需要频繁换刀、磨刀，加工效率低，对操作者的要求高、质量不稳定，不能满足产品的批量生产要求。（2）金刚石涂层刀具是在硬质合金整体刀具或PCD刀片的基体上做金刚石涂层，可使切削刃耐磨性更高，不仅拥有金刚石的高硬度和耐磨性，而且能在较长的加工周期内保持原有刀具的几何结构，保证加工效果。（3）聚晶金刚石刀具是目前加工碳纤维复合材料较为理想的刀具，聚晶金刚石PCD的硬度可达9000HV，是硬质合金的4～6倍，具有很高的耐磨性（是硬质合金的几百倍），如华菱超硬CDW010材质，具备优异的耐磨性，同时保持锋利的刃口，可有效地切断纤维，保证较高的表面光洁度，减少刃磨刀具、抛光等辅助时间，减轻操作者的劳动强度，大大提高生产效率。华菱超硬聚晶金刚石粒度性能四、华菱超硬金刚石刀具解决碳纤维复合材料切削加工难题由于纤维材料和金属材料的机械性能有很大的差别，容易在加工过程中出现毛刺、分层断裂等缺陷，所以在加工航天航空行业内的零配件时，聚晶金刚石（PCD）刀具要比传统的碳化钨硬质合金刀具获得更高的加工质量。（1）碳纤维复合材料钻孔刀具华菱超硬研发的碳纤维复合材料钻孔刀具有：金刚石钻头、金刚石钻铰刀、金刚石麻花钻、金刚石阶梯钻及非标金刚石钻头等，采用进口PCD片材为切削刃，具有很好的耐磨性能，以碳化钨硬质合金为基体，硬质合金基体具有很好的刚性和尺寸精度，能够确保钻孔铣削的加工质量，并设计内冷（内部螺旋冷却）通道提高冷却性能，钻头螺旋式排屑槽可提高排屑性能，进而提高加工效率，这对碳纤维复合材料的钻孔加工是非常重要的。华菱超硬碳纤维复合材料钻孔刀具可进行多刃口设计，并且可根据具体加工情况调整角度及锋利度，在复合材料上进行孔加工时，减少钻头的切削力，可避免材料分层现象，锋利的切削刃部能够保证孔的良好质量；钻铰锪一体刀具，钻孔和锪窝一次完成，省略了用常规钻头和铰刀加工时所需要的退刀、换刀和转位，可以大大提高加工效率。华菱超硬金刚石钻头（2）碳纤维复合材料铣削刀具华菱超硬推出的碳纤维复合材料铣削刀具有：金刚石铣刀片及配套铣刀盘、金刚石立铣刀、金刚石螺旋立铣刀、金刚石单刃铣刀、金刚石双刃铣刀、金刚石球头铣刀以及非标金刚石铣刀等，华菱超硬金刚石铣刀的优势在于规格齐全、非标定制可快速交货，并能够根据样品效果快速进行改进提升；另一优势在于其具备内冷性能，在对CFRP碳纤维增强复合材料板材进行铣削加工时，在压缩空气的作用下，内冷孔可以促进CFRP碳纤维增强复合材料切屑经铣刀螺旋排屑槽快速排出；在对CFRP/钛层叠板材料进行加工时，可以通过密封的内部冷却通道进行冷却润滑，在促进润滑的同时还可以降低在钛材料加工中形成的高热，因为这种材料的热传导率较低，而金刚石PCD刀具的切削温度不宜过高（600°以内为佳）。华菱超硬金刚石立铣刀（3）碳纤维复合材料车削刀具华菱超硬推出的碳纤维复合材料车削刀具有：金刚石刀片、金刚石车刀以及非标金刚石刀具等，车削加工是在CFRP碳纤维增强复合材料加工中应用非常多的方法也是很基础的方法，通常适用于圆柱表面预定公差的实现。适合车削碳纤维复合材料可以应用的刀具主要材料为：硬质合金或陶瓷以及聚晶金刚石。加工工艺中进刀速率，吃刀深度，和切削的速度都会影响工件成品表面质量和道具损坏程度，这也是进行技术优化的目标方向。华菱超硬金刚石刀片来源：切削艺术特别声明:公 众号部分文章和图片来源于网络，发布的目的在于传递更多信息及分享，并不代表本公 众号赞同其观点和对其真实性负责，也不构成任何其他建议。版权归原作者所有，任何组织或个人对文章版权或内容的准确性存在疑议，请第一时间联系我们，我们会及时修改或删除。广告免责声明:为了公 众号稳定发展，本公众 号会不定时承接行业广告、产品推广、会议培训推广等广告展示方式有文章前/中/后以图片形式展示、软文展示、产品链接展示等。本公 众号只提供发布平台，对广告内容的真实性或有效性不做评价，请自行判别。所有广告内容及相关事项与本公 众号无关，特此声明。来源：碳纤维生产技术