如何加工复合材料，第2部分:刀具，加工夹具和机床

复合材料的加工可能看起来像加工金属，但这种外观是具有欺骗性的。

可以在与金属部件相同的机床上设置由诸如碳纤维增强塑料（CFRP）的复合材料制成的零件越来越多地用于飞机部件。CFRP甚至可以用与金属部件类似的切削工具加工，但这不太可能。然而，一旦切削刃撞击工件，就会显示加工复合材料以根本不同。材料去除机制是不同的。

在金属切削中，这种机制是塑性变形。材料比工具更软，而芯片会流过切削刃。

但在复合材料的加工中——这里的重点将是碳纤维增强材料——没有芯片可言。相反，将材料的去除机理描述为粉碎．刀锋的冲击并没有把材料剪掉，而是使坚硬的碳纤维断裂。在此过程中，切削刃遭受了相当大的磨损，这可能导致快速磨损。

在任何刀具应用中，刀具几何形状驱动切削性能，刀具材料驱动寿命。复合材料加工也是如此。然而，在复合材料中，工具材料也成为性能的驱动因素。复合材料会导致工具磨损如此之快，以至于几何形状也会迅速变化——除非边缘材料能够很好地承受磨损，保持其几何形状并保持锋利。在复合材料的加工中，一个常见的现象是，钻头可以加工两个具有良好出口特性的孔，但显示出分层、分裂或其他突破性的缺陷，就像第三个孔一样快，只是因为刀具磨损产生了不再干净的几何形状。

在某种程度上，加工复合材料实际上把加工过程颠倒了过来，因为车间的负担转移到了加工过程的不同部分。用金属加工的飞机部件可能需要大功率机床，仅依靠普通工具和简单的夹具来固定工作。相比之下，复合材料的铣削和钻孔通常可以用轻便得多的机器来完成。然而，可能需要高端的切削工具，以及定制的工作夹具，在整个加工过程中紧密支持零件，以防止其薄，刚性壁振动和磨损。

以下是CFRP加工过程可能需要的一些内容的总结:

工具材料

硬质合金可以工作，尽管硬质合金刀具加工复合材料经常需要频繁更换。

金刚石工具的使用寿命可能更长。用于CFRP的金刚石工具的选择包括在芯棒上镀金刚石砂，通过化学气相沉积应用金刚石涂层，或由多晶金刚石(PCD)制成的固体镶件。

专门为复合材料加工而开发的一个更不寻常的选择是“脉状”金刚石工具，在这种工具中，金刚石脉填充了硬质合金柄的工程槽。

几何的工具

复合材料的破碎至少在一个方面就像金属的变形:就像金属切割一样，切割的能量仍然转化为热。

CFRP在散热方面尤其困难。没有产生芯片来带走热量，材料导热系数低。由此产生的热量积聚有熔化或损坏基体的危险。冷却剂可能没有帮助，因为冷却剂可能不允许在加工某些复合材料零件。因此，刀具和刀具路径是用来控制加工热量的全部。

锐角通常是实现这一点的关键之一。复合材料的铣削和钻孔工具具有高的正前角，快速，锋利，干净的切割，保持热量到最小。这种工具还包含了足够的间隙角度，以防止工具的边缘在通过时发生摩擦。

工件夹紧

虽然复合材料零件所需的加工操作可能很简单——通常只是钻孔和修边——但设计用于支撑这些零件的夹具本身可能是工程上的小壮举。

事实上，用于加工复合材料零件的夹具可以代表相当大的工程投资。干净的切割，没有磨损，分层或其他方式分离层，要求零件牢固地防止振动。装配在零件上的真空夹具是典型的复合材料加工。选择机械夹紧的商店通常使用垫来降低振动。

机床

复合材料飞机零件的轮廓形状一般需要五轴机床。一些加工金属零件的商店可能会使用他们已有的内部五轴机床。然而，对于复合材料，至少对于CFRP，通常不需要大量的功率和扭矩来占用金属。事实上，碳纤维增强塑料和其他复合材料通常在更轻的数控设备上高效加工，而这些设备通常不会看到金属部件。

下一个:铣

要了解更多有关铣削复合材料的具体考虑，请阅读第3部分:铣削复合材料。