F35复材蒙皮钻孔2——优化、定制复材钻孔-1
本文摘要（由ai生成）：
复合材料的加工难度较高，需要定制并优化加工过程，以降低成本。本文介绍了不同类型的刀具，包括多面钻头、双刃钻头、Trepanning 钻头等，并探讨了它们的优缺点和适用范围。此外，文章还介绍了一些新的刀具技术，如 PCD、CVD 等。最后，文章强调了与机床制造商合作的重要性，以及不断优化刀具设计和应用的必要性。
将翼/身融合蒙皮层压板连接到 F-35 闪电 II 战斗机的机身 上需要精确钻出数百个紧固件孔。
60 年来，“ 物超所值” 一直是复合材料产品制造商 和供应商的营销口号， 他们认为， 尽管复合材料的初 始成本历史上很高， 但就整个生命周期成本而言，复 合材料是优越的产品。随着复合材料制造商越来越多 地面临在复合材料部件上钻孔的需求，特别是在紧固 件密集的航空航天环境中，鞋子就另当别论了。
机械加工的时间和费用已成为满足 交货时间表和零件 成本预期的焦点。作为回应，钻具制造商建议复合材 料行业自食其力：在该计划的使用寿命内定制并实现 节约。尽管这需要大量的初始时间和金钱来研究整个加工过程并优化每个加工功能， 但钻具制造商声称取 得了有价值的成果， 从提高公差和减少操作步骤到大 幅增加工作流程，以及每年节省六位数的成本。
问题：历史滞后
尽管切削工具技术的发展与复合材料技术的发展 同步，但机床营销人员告诉 CW， 80%的复合材料零件 加工仍然使用标准的现成工具进行，这些工具没有针 对材料、零件或加工设置进行优化。
Cajero 有限公司（英国肯特郡谢佩岛）首席运营 官亚历克斯 · 哈丁(Alex Harding)表示： “ 公司正在购买 高级自动化技术，以应对不断增长的需求， 但通常不 会重新考虑他们的切割工具。 ” 。“ 这意味着他们可能 会错过重大改进，损失巨额资金， 并消耗足够的能源 为喷气式飞机提供动力。 ”
F-35 项目需要自动化钻孔技术和适用于堆叠但不同材料 的“一次组装” 的大型夹具。
机床专家 AMAMCO tool（Duncan， S.C. ）的工厂 经理兼工具大师彼得 · 迪亚曼提斯(Peter Diamantis)对 此表示赞同：“在自动化加工中心， 使用错误的工具几 乎是家常便饭。你会惊讶于有多少人在使用旧技术。 ” 在许多情况下，他们的工具选择曾经是最先进的技术。他指出：“ 它们都是由一家定制工具制造商在某个 时候开发的，并成为标准。 ”但他表示，它们的设计是 基于几年前的研究。迪亚曼提斯解释说： “ 这些研究现 在已经过时了。 ” 。“ 这些人非常聪明，但他们经常使 用旧数据来选择工具。 ” 他补充道， 同样重要的是，这 些研究并没有解决当今的现实问题。“他们使用的材料 已经过时。即使在过去几年里， 复合材料也发生了重 大变化。”
事实上， 复合材料已经变得越来越难以加工。 埃 莉诺 · 默森(Eleanor Merson)负责英国谢菲尔德 Sandvik Coromant（荷兰阿姆斯特丹）研发中心的复合材料加 工研究， 她发现，在过去几年中， 标准气粒复合材料 上使用的典型无涂层工具的工具寿命缩短了近 50%。
为什么？ 默森解释道： “ 我们现在正在对此进行研究， 试图了解切削工具材料和复合材料之间的相互作用。
总的来说， 我们看到了一个普遍的趋势，即新型复合 材料更难。 ” 他指出，“ 我们开始看到树脂有更大的作 用，这实际上是可以理解的，因为正是树脂将纤维固 定在一起。 ”树脂配方的进化发展现在产生了更硬、更 硬的基质。“树脂如何分解决定了切割时的质量。”因 此，树脂的进化改进似乎缩短了工具的寿命。
总是一个棘手的问题无论改变与否，复合材料总是很难加工。 哈丁解 释说，与金属加工行业不同的是， 复合材料制造商处 理的是非均质材料。在金属加工行业，可以购买由均质材料制成的符合已知标准的坯料。每个成型机都会 定制树脂、纤维/纤维形式和层压帘布层序列的精选组合，这些组合针对每个结构和应用进行了优化。树脂 体系、纤维含量、层压板顺序、固化方法、固化温度 和层压板完整性都会影响零件的可加工性。 迪亚曼提 斯说，更复杂的是，“ 没有两个商店的一切都完全 一样。每个商店都有不同的设置， 这可能会对性能产生 不利影响。 ”
如今， 一个更为严重的因素是钻孔堆叠材料的劳 动和省时趋势，即在定位夹具或夹具中预组装复合材 料和金属部件，然后一次穿过所有层钻出紧固件孔。这项技术通常被称为“一体组装”，因为部件是从外部组装、钻孔、检查和清洁的，但不会再次拆开——这 是一种防止孔位置不准确的保护措施，可以节省无数 小时。但这对那些设计钻具的人来说是一个巨大的挑 战。 默森说： “很常见的情况是， 按照碳纤维增强聚合 物（CFRP）、铝、 CFRP 和钛的顺序加工一堆材料。 ” 。“针对两种或三种不同材料优化钻头是极其困 难的。 ”
尽管有更好的选择，但机床制造商表示，大多数复合材 料的钻孔仍然是用“标准”工具完成的，这些工具曾经 是最先进的，但现在——因为它们没有针对材料、零件 和加工设置进行优化——是不合格的。结果是钻头性能迅速恶化，孔质量也随之恶化。以下是一个恶化的例子：碎裂。
解决方案：了解最新情况并进行沟通
当 CW 联系这些和机床行业领先企业的其他代表 时，他们提出了两个大标题下的一些解决问题的策略：
优化和定制
复合材料专业人士对前者并不陌生。优化是当今 复合材料界的一个流行词。最大的收获来自于观察整 个过程。钻具制造商认为，机械加工也是如此。在零 件开发过程中，必须在一开始就考虑材料、夹具、碎 屑清除、通道和工人工效学，而不是在做出重大决策 后的后期阶段。
迪亚曼提斯说： “ 这一切都是为了了解整个加工过 程。 ” 他指出，这也需要一个合作的客户。 “ 工程师们 愿意进行测试以改进流程吗？有时他们依赖几年前完 成的研究， 而不想重新审视它。其他人则愿意不惜 一 切代价来节省成本。 ”哈丁强调，那些愿意的人会获得 巨大的回报。“ 我们通过挑战传统智慧的协作生产力合 作计划， 帮助公司取得了巨大收益。 ”
然而，如果合作伙伴要取得成功， 机床制造商必 须详细了解零件和工艺。在这里， 没有任何数据是微 不足道的。 Sandvik Coromant 的默森表示： “ 客户在向 我们解释他们在加工什么时并不总是足够详细。 ”。
“ 我们需要尽可能多的细节。我们必须了解材料、固化、纤维含量、结构和制造步骤。 ”
图为钻头劣化的另一个影响：分层。
这些知识允许工具定制，这是制造业纪律的必要解 药， 而制造业纪律本身就是关于定制解决方案的。简而 言之，信息是将现成的工具留在机框上。迪亚曼提斯说： “ 许多商店都想使用现成的切割工具，这没关系，但加工 过程需要更长的时间，使用更多的工具。” 明智的复合材 料制造商会为特定应用设计零件。因此， 钻具应针对零 件和应用进行设计。
经验无可替代
为此， 复合材料制造商需要能够进行此类评估的工具制造商的协助。 默森观察到，金属切削工具制造商现 在看到了向复合材料领域多元化的机会。 “但他们传统 上为延长切削金属的工具寿命所做的事情——例如，降 低进给率和切削速度——对切削复合材料的工具却产 生了相反的影响。”对于这一应用和许多其他应用，山特 维克可乐满与其最近收购的合作伙伴 Precorp （美国犹 他州西班牙福克市）密切合作，Precorp 是一家长期从事 复合材料钻具的专家， 提供最先进的联动钻头和铣刀。 信息？适用于金属的东西不适用于复合材料。迪亚曼提 斯说： “ 金属钻头和复合材料钻头完全不同。 ”。
碳纤维的研磨性使其不同于切削工具遇到的任何 其他材料， 因此工具寿命的重要性至关重要，并受到许 多为复合材料行业提供钻具的人的高度重视。
这是一个用未损坏的钻具钻孔的特写镜头。
