F35复材蒙皮钻孔2——优化、定制复材钻孔-2
本文摘要（由ai生成）：
这篇文章主要探讨了复合材料加工的刀具选择，包括利用新的几何形状和开发新材料。首先介绍了刀具优化的发展历程，指出现在的刀具供应商会提供针对不同纤维优化的特定几何形状的刀具。其次，文章分析了不同类型的刀具，如硬质合金钻头、PCD 尖端或插入件、CVD 涂层等，并比较了它们的优缺点。最后，文章强调了涂层的重要性，并提供了一些实际案例来说明如何选择合适的刀具以提高吞吐量、工具寿命和价值。
利用新的几何形状
20 年前，刀具优化基本上包括开发能够更有效地加 工每种纤维的几何形状。如今，刀具供应商提供针对芳 纶、玻璃和碳纤维优化的特定几何形状的刀具已成为标 准。但今天，优化远远超出了对光纤的关注。 迪亚曼提 斯说：“ 为了设计合适的刀具几何形状，我们必须了解整 个过程。设置是什么样的？你能使用冷却剂吗？钻头类 型、钻头电机、电源是什么？钻孔是机器人还是手动？ 你是一次还是两次钻孔？
哈丁总结了 Cajero 的一些研发发现：“ 渐进的—— 逐渐发展的——并降低中心压力的几何形状与复合材 料配合得很好， 因为它们减少了切割推力，这有助于避 免分层和穿透时的损坏。这些几何形状还必须保持正剪 切角——这使切割力保持在较低水平，从而以最小的压 力去除材料 r 将碎屑排出孔。 ”哈丁列出了不同类型复 合材料的许多工具几何形状：多面钻头点具有双角度点，也就是说， 引导角不同 于第二角度， 它们逐渐进入然后离开材料， 最大限度地 减少了中心的压力，并降低了脱层和在出口孔中爆裂的 风险。将这些与大开口凹槽相结合，有助于在钻孔堆叠 的层压板时清除碎屑。
双刃钻头具有二次刃口—在一次刃口后面研磨— 在加工过程中铰孔， 从而消除了额外铰孔操作的需要。Trepanning 钻头在外边缘切割， 从而消除中心的压 力，对于低厚度或低树脂含量的复合材料零件表现良好， 而直槽、多孔钻头有助于补偿支撑或固定不良的零件。
迪亚曼提斯补充道： “ 我们还简单地探索了可用性 的改进—对切割数据、刀具几何形状和刀具材料的微小 调整—这些都导致了一夜之间的生产力激增。” 他强调， “ 刀具设计的微小变化会产生很大的影响。 ”
这种定制工具的选择结合了涂层和几何形状，有助于 克服随着材料越来越硬和结构越来越定制而增加的复 合材料加工难度。
开发新材料
尽管它们很好，但硬质合金钻头不再适用于时间 和成本敏感的机械加工操作。 默森说：“这是一款旧的 备用手机， 因为它有更好的边缘清晰度。”。“然而，这 并不是工具寿命的最佳选择。”
为此，有钻石。天然金刚石是已知的最硬的物质，但聚晶金刚石（PCD）是一种合成材料， 在过去 几年中越来越受欢迎， 因为它提供的工具寿命是未涂 层碳化物的 10 到 20 倍。
切削刀具中使用的 PCD 有两种基本类型。 PCD 尖 端或插入件可钎焊（最高 1200°F/649°C）到硬质合金 坯料或工具主体上切割的凹槽中。或者，可以将金刚 石粉末和粘结剂倒入硬质合金工具槽中并烧结到位。
两者都能提供硬质切削刃，但价格昂贵，是普通硬质 合金刀具的 6 到 10 倍。 哈丁评论道： “ 就刀具形状和 几何形状而言， PCD 的柔性不如碳化物，但你可以重 新打磨和更换 PCD， 有效地延长了刀具寿命。 ” 。“ 然 而，PCD 本身就很脆， 需要小心处理。如果掉落，刀 具的 PCD 刀刃可能会碎裂，从而导致快速退化。 ”
PCD 确实具有一定的灵活性，至少以尖端和插入 物的形式存在。有不同的等级可以针对特定应用进行优化，并且可以调整刀片的角度以提高切削力和碎屑 去除率。然而， 默森指出，由于 PCD 比碳化物更难研 磨，通过研磨 PCD 生产工具的公司通常无法实现相同 的公差。
将刀具与材料和应用相匹配，可以将刀具寿命提高 10 到 20 倍，并将切削时间缩短 90%。
她解释说：“电子束加工可以用来提高公差， 但会增加 更多的成本。”。“这对于实现更低的总体项目成本来说 可能是非常值得的， 因为切削工具通常只占总加工成 本的 3%到5%，其余部分由耗材、切削时间、更换切 削工具的时间等组成。 ”
最近，化学气相沉积（CVD） 已经开始在某些应用中 取代 PCD。这项技术通常被称为金刚石涂层或金刚石 涂层碳化物（DCC）， 它从经过预处理的碳化物坯料开始，使金刚石能够直接在其表面“ 生长”，厚度为 0.2 至 0.3 密耳（6 至 8µm）。 哈丁评论道： “ 因此，您仍然可 以保持切削刃，硬质合金基底允许特定材料的刃口和 几何形状。 CVD 提供了硬质合金的灵活性和 PCD 的 工具寿命， 并且更适合车间使用。 ”
Sandvik Coromant 已经发现 PCD 更适合钻孔，CVD 最适合修整。但默森警告说， “ 这只是关于工具 寿命，不包括成本。但人们的意见会因背景而异。如 果他们来自钻井，他们喜欢 PCD， 而如果他们来自修 整，他们更喜欢 CVD 。 ”
哈丁总结道：“使用 PCD 或 CVD 钻头，再加上某 些几何形状，几乎总是可以延长刀具寿命， 有时还会 显著降低刀具更换频率。 ” 。“ 即使更换切割工具只需 五分钟， 中断操作也要花钱。 PCD 和 CVD 工具最初 的成本更高，但操作中断的时间更少。 ” 他还指出，PCD 工具可以重新表面处理和打磨，以延长其使用寿 命。“ 因此， 您可以降低整个程序的成本并提高其生产 效率。 ”
洛克希德·马丁公司的一名技术人员通过手动紧固 测试由 AMAMCO 定制的复合钻具加工的孔。
然而， 迪亚曼提斯认为金刚石涂层是最好的选择，因为它的优势在于成本更低。 PCD 工具的成本是 竞争性 CVD 工具的三到五倍。他补充道： “在复合材 料中，所有工具都需要涂层。 ” 。“ 现在有很多涂层正 在开发中， 以提高工具的使用寿命。即使是对于堆叠 材料，也有一些涂层可以帮助工具使用更长的时间， 并在工具撞击金属时吸收冲击而不会碎裂。 ”
例如， CVD Diamond Corp. （加拿大安大略省伦敦市） 专注于使用该公司纯金刚石薄膜的切削工具， 该公司 指出，最近的碳纤维复合材料铣削应用需要端铣刀。 使用竞争对手的工具， 客户在工具出现故障之前只能 铣削 10 个零件。改用 CVD 金刚石工具可将故障前的零件吞吐量提高到 30 到 40 之间，并将所用的每种工 具的切割工具成本降低 500 美元。 CVD Diamond 表示，在航空航天领域， 它已经致力于战斗机的应用，开发了一种球头立铣刀，可以在碳纤维复合材料结构 上钻 27 万个孔。 一种工具钻 28000 个孔，击败了竞争 对手使用另一种金刚石涂层工具钻 10000 个孔的最佳 情况。
LMT Onsrud LP （伊利诺伊州沃基根）特别指出， 就工具磨损和工件损坏而言，使用金属切削工具切削 或钻削复合材料可能成本高昂。 LMT Onsrud 提供各种 各样的碳化物、 PCD 涂层和纳米晶体金刚石涂层工具，具有相同的工具几何形状， 旨在最大限度地减少 热量，防止树脂燃烧， 并提供清洁的纤维切割。这种 要求是复合材料独有的，因此成本可能很高： 一个专 用工具几乎要 800 美元。然而， 涂层可以使刀具寿命 延长 10 到 20 倍，新的几何形状可以将加工时间缩短 90%。因此，所需要的是仔细评估，以将工具与应用 程序相匹配，从而最大限度地提高吞吐量、工具寿命 和价值。
