航空航天特種材料的加工方案
國際金屬加工網
當前，減輕飛機重量這一目標正在促使航空航天工業採用越來越多的特種材料，例如復合材料、鈦合金和鉻鎳鐵合金。相比普通材料，此類材料重量更輕，強度更高，但在加工方面，特別是銑削和鑽削方面，它們各自擁有不同的加工難題。
在銑削和鑽削加工中，航空航天製造商通常使用整體硬質合金刀具或整體高速鋼刀具。在此類加工過程中，製造商必須盡可能達到最高的質量水平，這往往需要通過密切地監控和維護工藝安全性來實現。雖然存在對零件成本的擔憂，但在大多數情況下，生產高質量的零件是優先考慮的事項，而提高生產率則一般處於次要地位。
借助機床和刀具的可預測性能，航空航天製造商力求實現工藝的安全性和穩定性。在刀具方面，航空航天製造商必須擁有具備長久且穩定刀具壽命的銑刀和鑽頭。而且，即使他們知道刀具的具體使用壽命，也會在刀具完全磨損之前，提早安排機床更換刀具。得益於機床和刀具技術，複合材料、鈦合金和鉻鎳鐵合金等材料已經從過去幾乎無法加工，發展到如今航空航天製造商能夠充滿信心地高效加工的階段。帶來更佳工藝控制和一致性的一種刀具技術便是先進的特製整體銑刀和鑽頭。這種刀具專為克服此類材料的加工難題而開發。通過整合多種創新性鍍層和槽型，並配以先進的加工技術和方法，這些特製刀具不僅能提供工藝安全性，而且能提高生產效率和產量。
圖1 用於CFRP的3刃PCD鑽頭CX1
複合材料加工
碳纖維增強複合材料(CFRP)加工在航空航天工業中蓬勃發展。然而，由於此類材料極為耐磨和強韌，因此難以使用常規銑削刀具進行加工。此外，加工時還必須防止發生分層（即各個碳纖維層分離）。通過使用堅硬、鋒利且採用特殊表面鍍層的整體硬質合金銑刀，可以輕鬆應對這些挑戰。
從槽型的角度來看，高效的複合材料刀具採用低螺旋角來減小材料片層上承受的軸向力，以防止發生分層。此外，同時具有左螺旋和右螺旋的刀具也是加工複合材料的高效槽型。此類刀具通常被稱為壓縮刀具，在側銑時，它們可將切削力導向到工件厚度的中心並進行壓縮，以保持片層完好無損。不僅如此，此類刀具槽型還有利於更靈活地切削複合材料。
就加工技術而言，複合材料的切削參數通常取決於各種材料自身。用於復合材料的整體硬質合金刀具的典型速度約為150m/min，而進給率約為0.07mm。但要注意，在這組材料中，使用了多種不同類型的粘接劑，而每種粘接劑都需要各自不同的速度和進給率。這些粘接劑的熔點通常決定切削複合材料時的速度和進給率。此外，纖維含量和纖維方向也對加工工藝（決定切削速度、進給率和最佳刀具路徑）有著顯著的影響。
對於航空航天應用，複合材料中的鑽孔必須完整，不允許有乾涉和影響後續組件加工工序的粗糙或磨損的纖維。複合材料鑽削的兩個常見難題是材料分層和纖維未切斷，特別是在工件的背側或出口側。鑽削時，刀具的作用力向下壓材料，隨著鑽頭靠近出口側，過大的作用力會導致鑽頭生硬地擠破孔的最後一部分，結果會造成複合材料纖維粗糙或磨損，而不是乾淨地切削，從而導致材料分層。
憑藉用於加工複合材料的C1金剛石鍍層整體硬質合金鑽頭，山高提供了一個具有兩個鑽尖角（中心為130˚，鑽頭倒角為60˚）的槽型。加工時，鑽頭的中間點先從孔末端退出，切掉孔的部分材料。這樣，當60˚部分退出時，鑽頭穿過材料的進給作用力會顯著減少。因此，材料分層和未切削的纖維會更少。除了2刃金剛石鍍層鑽頭外，山高還為複合材料開發了一種獨特的3刃PCD尖鑽頭槽型。這種新型PCD鑽頭槽型的工作條件與標準複合材料鑽頭相同，但其效果更好，因為它的切削刃更多。鑽頭有更鋒利的切削刃且每轉產生的進給作用力更小，特別是在退孔時。此外，與金剛石鍍層相比，該鑽頭擁有完整的PCD鑽尖，在多數情況下刀具壽命可延長多達4倍。
圖2帶有斷屑槽的新型雙螺旋粗加工立銑刀 JC845
鈦合金的加工
在航空航天工業中，鈦合金通常用於三個基本應用領域：飛機結構件、噴氣發動機的低溫段部件和起落架系統。一種常用的鈦合金是5553，屬於近-β相合金，通常用於製造起落架零件。TiAl6-4屬於α-β相合金，是應用最廣泛的鈦合金材料之一，尤其適用於製造結構件。令鈦合金難以加工、具有較低可加工性能的主要因素是其較低的導熱性能、較高的粘著性和加工硬化等因素。鈦合金具有低導熱性，這意味著在切削過程中產生的熱量傳導到刀具中，而不是被切屑從切削區帶走。
鈦合金的高粘著性意味著切屑往往會粘在刀具上，從而產生極長的切屑，而不是通常人們所希望的更易於排出的較短切屑。該材料的加工硬化性能會在加工時發生，導致材料表面由於加工產生的壓力效應而出現一層薄薄的硬化層。雖然可以使用適合加工多種材料的通用型整體硬質合金刀具對鈦合金進行加工，但那些針對鈦合金的加工特性而專門設計的刀具一般會提供更出色的加工效果。此類特殊的刀具具有極佳的性能，但在處理多種不同材料時，其通用性可能較差。因而，山高專為鈦合金和不銹鋼而設計的高速鋼(HSS)刀具。Jabro HPM（高性能加工）系列中的部分刀具也是專為鈦合金等特定材料牌號設計的。此類刀具採用了特殊的槽型和設計，特別適合加工鈦合金。槽型和設計包括40˚~50˚之間的大螺旋角；內冷通道，可使切屑不會粘到刀刃上并快速排屑，同時還有助於冷卻切削區；不均等的齒距，可在高切深過程中減少振動；將硬質合金與氮化鋁鉻鍍層相結合。未使用氮化鈦，這可防止刀具和材料之間發生化學反應。
在航空航天領域，大多數孔徑都很小。對於小於1mm，最大不超過20mm的直徑，整體硬質合金鑽頭廣泛用於鈦合金和鉻鎳鐵合金的鑽削領域。與銑削鈦合金一樣，鑽削工藝產生的熱量也易於進入刀具中，而不是在切屑內帶走。為了解決這一問題，鑽頭槽型通常都具有非常鋒利的切削刃。通常，由於需要極為鋒利的切削刃，用於鈦合金的鑽頭都沒有鍍層。另外，鍍層在一定程度上會增加摩擦，增大了熱量生成。更重要的一點是，在加工後材料會收縮。因此，鑽體上需要一個更大的倒錐。
圖3 雙螺旋Dura鍍層的精銑刀JC840
鉻鎳鐵合金加工
在航空航天製造業中，鉻鎳鐵合金零件通常非常昂貴，不僅僅是材料本身的成本，還包括在進入加工階段前為了生產它們而花費的時間。鉻鎳鐵合金和鈦合金之間存在某些相似之處。但就可加工性而言，鉻鎳鐵合金（鎳基高溫合金）是最難加工的材料。它們具有極低的導熱性和極高的應變硬化，甚至高於鈦合金。鉻鎳鐵合金還具有高粘著性，因此在用於傳統加工方法時，切削速度很少會超過25~30m/min。
用於加工鉻鎳鐵合金的刀具槽型與用於鈦合金加工的槽型有很大的不同，鉻鎳鐵合金槽型具有非常陡的後角。這種槽型可最大限度減少刀具和材料的接觸。這一點至關重要，因為鉻鎳鐵合金具有塑性和高記憶性，這意味著它會在受到刀具的作用力時稍微彎曲。因此，刀具傾角和材料的接觸時間越長，刀具發生的磨蝕就越大，而其使用壽命就越短。為進一步降低刀具和鉻鎳鐵合金間的摩擦，山高采用了氮化鋁鈦鍍層。該鍍層已進行了拋光，擁有極其平滑精細的表面質量。
鑽削鉻鎳鐵合金時，需要使用較低的速度和進給量，因為該材料更硬、更難以切削。與銑削鉻鎳鐵合金一樣，在鑽削時，該材料的切削性能也會發揮作用。在航空航天應用領域中，鉻鎳鐵合金組件的孔深通常不超過3xD。
鈦合金和鉻鎳鐵合金的四種加工方法
鈦合金和鉻鎳鐵合金有四種基本的加工技術或方法。第一種是傳統加工，該方法需要在ae：ap為1：1的情況下尋求平衡，也就是說，加工採用全切寬、一定的切深（最大為刀體直徑1倍）和平均進給率；第二種是高性能加工(HPM)，該方法需要使用專為鈦合金和鉻鎳鐵合金設計的刀具，例如山高的HPM系列刀具。這些刀具在採用大切深ap（最大為1.5*Dc）和全切寬ae的情況下運行。在短時間內可切除大量金屬，從而提升生產率；第三種是高進給加工(HFM)，該方法使用極小的軸向切深ap和全切寬ae，因此切寬為1*Dc。該方法使用的特定刀具槽型可將切削力引導到機床主軸上，因此尤其適合因刀具懸伸長和復雜應用（如深度為5*Dc及以上的槽）而造成不穩定的加工工況；第四種是高速加工(HSM)，該方法使用相當低的ae徑向切深和極大的ap切深。由於徑向切深相對較低，因此具有較小的接觸弧，這有助於減少切削區內產生的熱量（因接觸時間較短），從而允許較高的切削速度進行補償和提高生產率。
機床和切削刀具的發展使得這些方法得以實現。如山高的HPM刀具槽型具有特殊特性，如不均等的齒距、彎曲的螺旋角，這為高性能加工方法提供了必要的穩定性。在高進給和高速加工中，這些方法通常依賴於機床的能力和刀具槽型。
在很大程度上，機床和刀具需要協調工作來滿足航空航天製造商的特定材料加工要求。正確的機床和正確的刀具都必須具備。這在高進給和高速加工中尤為如此，該類加工不僅需要具有高進給率的機床，還需要能夠處理與高進給和高速銑削加工相關的更大程序和NC文件的CNC控件。
要高效地加工航空航天業中目前遇到的挑戰性材料，關鍵是獲得完整的加工解決方案，而不僅僅是獲得一個產品。完整的刀具解決方案不僅包括必要的槽型和設計，還包括應用工程支持。人員的豐富知識和經驗與先進的產品相結合，可以形成一個完整的解決方案並實現理想的結果。零件質量和工藝安全性要求製造商擁有專為特定應用，無論是複合材料、鈦合金、還是鉻鎳鐵合金而設計的最佳刀具，以實現最優性能。
文章來源：互聯網
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好業績需要有優良刀具做基礎，
溢晁億公司生產各式高速及高硬度切削用之鎢鋼刀具，精密銑刀、鎢鋼鑽頭、標準絲攻；16角面銑刀,T型銑刀、銑刀鑽頭研磨機及其他各式精密切削工具。所有刀具原料皆來自德國原廠材料，廠區更採用瑞士五軸CNC刀具研磨機。並銷售各家著名品牌如SUS、歐樂(HOL)、益壯(YT)、NACHI、YG等刀具。若您注重產品品質、交貨速度、產品創新，欲擴展您的產品線，找溢晁億就對了！我們將提供具競爭力的價格及詳細的合作方式，歡迎成為我們的經銷商！
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當前，減輕飛機重量這一目標正在促使航空航天工業採用越來越多的特種材料，例如復合材料、鈦合金和鉻鎳鐵合金。相比普通材料，此類材料重量更輕，強度更高，但在加工方面，特別是銑削和鑽削方面，它們各自擁有不同的加工難題。
在銑削和鑽削加工中，航空航天製造商通常使用整體硬質合金刀具或整體高速鋼刀具。在此類加工過程中，製造商必須盡可能達到最高的質量水平，這往往需要通過密切地監控和維護工藝安全性來實現。雖然存在對零件成本的擔憂，但在大多數情況下，生產高質量的零件是優先考慮的事項，而提高生產率則一般處於次要地位。
借助機床和刀具的可預測性能，航空航天製造商力求實現工藝的安全性和穩定性。在刀具方面，航空航天製造商必須擁有具備長久且穩定刀具壽命的銑刀和鑽頭。而且，即使他們知道刀具的具體使用壽命，也會在刀具完全磨損之前，提早安排機床更換刀具。得益於機床和刀具技術，複合材料、鈦合金和鉻鎳鐵合金等材料已經從過去幾乎無法加工，發展到如今航空航天製造商能夠充滿信心地高效加工的階段。帶來更佳工藝控制和一致性的一種刀具技術便是先進的特製整體銑刀和鑽頭。這種刀具專為克服此類材料的加工難題而開發。通過整合多種創新性鍍層和槽型，並配以先進的加工技術和方法，這些特製刀具不僅能提供工藝安全性，而且能提高生產效率和產量。
圖1 用於CFRP的3刃PCD鑽頭CX1
複合材料加工
碳纖維增強複合材料(CFRP)加工在航空航天工業中蓬勃發展。然而，由於此類材料極為耐磨和強韌，因此難以使用常規銑削刀具進行加工。此外，加工時還必須防止發生分層（即各個碳纖維層分離）。通過使用堅硬、鋒利且採用特殊表面鍍層的整體硬質合金銑刀，可以輕鬆應對這些挑戰。
從槽型的角度來看，高效的複合材料刀具採用低螺旋角來減小材料片層上承受的軸向力，以防止發生分層。此外，同時具有左螺旋和右螺旋的刀具也是加工複合材料的高效槽型。此類刀具通常被稱為壓縮刀具，在側銑時，它們可將切削力導向到工件厚度的中心並進行壓縮，以保持片層完好無損。不僅如此，此類刀具槽型還有利於更靈活地切削複合材料。
就加工技術而言，複合材料的切削參數通常取決於各種材料自身。用於復合材料的整體硬質合金刀具的典型速度約為150m/min，而進給率約為0.07mm。但要注意，在這組材料中，使用了多種不同類型的粘接劑，而每種粘接劑都需要各自不同的速度和進給率。這些粘接劑的熔點通常決定切削複合材料時的速度和進給率。此外，纖維含量和纖維方向也對加工工藝（決定切削速度、進給率和最佳刀具路徑）有著顯著的影響。
對於航空航天應用，複合材料中的鑽孔必須完整，不允許有乾涉和影響後續組件加工工序的粗糙或磨損的纖維。複合材料鑽削的兩個常見難題是材料分層和纖維未切斷，特別是在工件的背側或出口側。鑽削時，刀具的作用力向下壓材料，隨著鑽頭靠近出口側，過大的作用力會導致鑽頭生硬地擠破孔的最後一部分，結果會造成複合材料纖維粗糙或磨損，而不是乾淨地切削，從而導致材料分層。
憑藉用於加工複合材料的C1金剛石鍍層整體硬質合金鑽頭，山高提供了一個具有兩個鑽尖角（中心為130˚，鑽頭倒角為60˚）的槽型。加工時，鑽頭的中間點先從孔末端退出，切掉孔的部分材料。這樣，當60˚部分退出時，鑽頭穿過材料的進給作用力會顯著減少。因此，材料分層和未切削的纖維會更少。除了2刃金剛石鍍層鑽頭外，山高還為複合材料開發了一種獨特的3刃PCD尖鑽頭槽型。這種新型PCD鑽頭槽型的工作條件與標準複合材料鑽頭相同，但其效果更好，因為它的切削刃更多。鑽頭有更鋒利的切削刃且每轉產生的進給作用力更小，特別是在退孔時。此外，與金剛石鍍層相比，該鑽頭擁有完整的PCD鑽尖，在多數情況下刀具壽命可延長多達4倍。
圖2帶有斷屑槽的新型雙螺旋粗加工立銑刀 JC845
鈦合金的加工
在航空航天工業中，鈦合金通常用於三個基本應用領域：飛機結構件、噴氣發動機的低溫段部件和起落架系統。一種常用的鈦合金是5553，屬於近-β相合金，通常用於製造起落架零件。TiAl6-4屬於α-β相合金，是應用最廣泛的鈦合金材料之一，尤其適用於製造結構件。令鈦合金難以加工、具有較低可加工性能的主要因素是其較低的導熱性能、較高的粘著性和加工硬化等因素。鈦合金具有低導熱性，這意味著在切削過程中產生的熱量傳導到刀具中，而不是被切屑從切削區帶走。
鈦合金的高粘著性意味著切屑往往會粘在刀具上，從而產生極長的切屑，而不是通常人們所希望的更易於排出的較短切屑。該材料的加工硬化性能會在加工時發生，導致材料表面由於加工產生的壓力效應而出現一層薄薄的硬化層。雖然可以使用適合加工多種材料的通用型整體硬質合金刀具對鈦合金進行加工，但那些針對鈦合金的加工特性而專門設計的刀具一般會提供更出色的加工效果。此類特殊的刀具具有極佳的性能，但在處理多種不同材料時，其通用性可能較差。因而，山高專為鈦合金和不銹鋼而設計的高速鋼(HSS)刀具。Jabro HPM（高性能加工）系列中的部分刀具也是專為鈦合金等特定材料牌號設計的。此類刀具採用了特殊的槽型和設計，特別適合加工鈦合金。槽型和設計包括40˚~50˚之間的大螺旋角；內冷通道，可使切屑不會粘到刀刃上并快速排屑，同時還有助於冷卻切削區；不均等的齒距，可在高切深過程中減少振動；將硬質合金與氮化鋁鉻鍍層相結合。未使用氮化鈦，這可防止刀具和材料之間發生化學反應。
在航空航天領域，大多數孔徑都很小。對於小於1mm，最大不超過20mm的直徑，整體硬質合金鑽頭廣泛用於鈦合金和鉻鎳鐵合金的鑽削領域。與銑削鈦合金一樣，鑽削工藝產生的熱量也易於進入刀具中，而不是在切屑內帶走。為了解決這一問題，鑽頭槽型通常都具有非常鋒利的切削刃。通常，由於需要極為鋒利的切削刃，用於鈦合金的鑽頭都沒有鍍層。另外，鍍層在一定程度上會增加摩擦，增大了熱量生成。更重要的一點是，在加工後材料會收縮。因此，鑽體上需要一個更大的倒錐。
圖3 雙螺旋Dura鍍層的精銑刀JC840
鉻鎳鐵合金加工
在航空航天製造業中，鉻鎳鐵合金零件通常非常昂貴，不僅僅是材料本身的成本，還包括在進入加工階段前為了生產它們而花費的時間。鉻鎳鐵合金和鈦合金之間存在某些相似之處。但就可加工性而言，鉻鎳鐵合金（鎳基高溫合金）是最難加工的材料。它們具有極低的導熱性和極高的應變硬化，甚至高於鈦合金。鉻鎳鐵合金還具有高粘著性，因此在用於傳統加工方法時，切削速度很少會超過25~30m/min。
用於加工鉻鎳鐵合金的刀具槽型與用於鈦合金加工的槽型有很大的不同，鉻鎳鐵合金槽型具有非常陡的後角。這種槽型可最大限度減少刀具和材料的接觸。這一點至關重要，因為鉻鎳鐵合金具有塑性和高記憶性，這意味著它會在受到刀具的作用力時稍微彎曲。因此，刀具傾角和材料的接觸時間越長，刀具發生的磨蝕就越大，而其使用壽命就越短。為進一步降低刀具和鉻鎳鐵合金間的摩擦，山高采用了氮化鋁鈦鍍層。該鍍層已進行了拋光，擁有極其平滑精細的表面質量。
鑽削鉻鎳鐵合金時，需要使用較低的速度和進給量，因為該材料更硬、更難以切削。與銑削鉻鎳鐵合金一樣，在鑽削時，該材料的切削性能也會發揮作用。在航空航天應用領域中，鉻鎳鐵合金組件的孔深通常不超過3xD。
鈦合金和鉻鎳鐵合金的四種加工方法
鈦合金和鉻鎳鐵合金有四種基本的加工技術或方法。第一種是傳統加工，該方法需要在ae：ap為1：1的情況下尋求平衡，也就是說，加工採用全切寬、一定的切深（最大為刀體直徑1倍）和平均進給率；第二種是高性能加工(HPM)，該方法需要使用專為鈦合金和鉻鎳鐵合金設計的刀具，例如山高的HPM系列刀具。這些刀具在採用大切深ap（最大為1.5*Dc）和全切寬ae的情況下運行。在短時間內可切除大量金屬，從而提升生產率；第三種是高進給加工(HFM)，該方法使用極小的軸向切深ap和全切寬ae，因此切寬為1*Dc。該方法使用的特定刀具槽型可將切削力引導到機床主軸上，因此尤其適合因刀具懸伸長和復雜應用（如深度為5*Dc及以上的槽）而造成不穩定的加工工況；第四種是高速加工(HSM)，該方法使用相當低的ae徑向切深和極大的ap切深。由於徑向切深相對較低，因此具有較小的接觸弧，這有助於減少切削區內產生的熱量（因接觸時間較短），從而允許較高的切削速度進行補償和提高生產率。
機床和切削刀具的發展使得這些方法得以實現。如山高的HPM刀具槽型具有特殊特性，如不均等的齒距、彎曲的螺旋角，這為高性能加工方法提供了必要的穩定性。在高進給和高速加工中，這些方法通常依賴於機床的能力和刀具槽型。
在很大程度上，機床和刀具需要協調工作來滿足航空航天製造商的特定材料加工要求。正確的機床和正確的刀具都必須具備。這在高進給和高速加工中尤為如此，該類加工不僅需要具有高進給率的機床，還需要能夠處理與高進給和高速銑削加工相關的更大程序和NC文件的CNC控件。
要高效地加工航空航天業中目前遇到的挑戰性材料，關鍵是獲得完整的加工解決方案，而不僅僅是獲得一個產品。完整的刀具解決方案不僅包括必要的槽型和設計，還包括應用工程支持。人員的豐富知識和經驗與先進的產品相結合，可以形成一個完整的解決方案並實現理想的結果。零件質量和工藝安全性要求製造商擁有專為特定應用，無論是複合材料、鈦合金、還是鉻鎳鐵合金而設計的最佳刀具，以實現最優性能。
文章來源：互聯網
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