山高刀具引领复合材料的跨领域应用

复合材料是由两种不同材料结合在一起，形成一种新材料，特性超过原本的两种基体材料。早在古埃及时代，人类便用泥巴和麦秆结合形成最早的“复合材料”，强度超过泥巴和麦秆本身。

现代常见复合材料根据基体材料不同分为塑料基复合材料(本文仅限讨论塑料基复合材料)，金属基复合材料，陶瓷基复合材料等;塑料基复合材料又根据糅合入基体类的不同材料，分为碳纤维，玻璃纤维(俗称玻璃钢)，芳纶等材料。更有多种不同材料叠加，如碳纤维+铝合金，碳纤维+蜂窝材料，玻璃纤维+钛合金等材料。

复合材料可以根据强度设计要求，设计不同的纤维编织方向，选择单方向提高材料强度，分为平织，斜纹织，缎纹织等各种纤维铺设方向方法。同时，塑料基复合材料，又可以根据基体分为热塑性复合材料和热固性复合材料;热塑性材料会在高温下融化为液体，并且在低于融化温度后变为固体。这个过程可以被不断重复，类似小的方冰块。热固性材料特性不同。足够的热量会产生化学反应，称为“交联”，材料会永远变形。热固即为，随热而固。交联后，热固材料不会融化。过高温度，热固材料会烧焦，物理特性会降低。

复合材料与金属相比，具有以下特点：

·减少重量;

·减少零部件数量，更高强度和刚性;

·更好耐冲击性，更好耐疲劳性，更好隔热和隔音性，更好防振和噪音衰减性，无电流腐蚀性;

·控制纤维方向，确定材料不同方向特性;

·生产复杂形状产品。

由于复合材料由两种或者多种材料糅合在一起，而且纤维的铺设方向，分层不同，所以对加工提出了更高的挑战，在加工过程中容易产生以下问题：刀具快速磨损，毛刺过大，材料分层，剩余纤维未切除，加工过热等问题。

复合材料加工与金属加工机理有着本质的不同，金属加工时被加工材料比切削刀具更软，切削过程中被加工材料沿着剪切面形成连续的塑形变形，从而形成连续的，锯齿状的断续的切屑变形。而复合材料加工，本身为一系列脆性破坏过程，切削刃的撞击使得坚硬的纤维粉碎，形成粉末状或者毛刷状的碎屑。

由于复合材料的高耐磨性，刀具通常采用金刚石涂层或者PCD(聚晶金刚石)刀具切削。同时，复合材料加工过程中，需要锋利的切削刃，将纤维切除。金刚石涂层可以显着提高刀具寿命，但是金刚石涂层在涂层前需要刃口处理，方便涂层附着，同时金刚石涂层本身有一定厚度，所以会造成金刚石涂层刀具较不锋利，通常刃口圆角约为20um。PCD刀具直接刃磨而成刃口，所以可以比较锋利，通常刃口圆角约为10um。

剪切，切屑流经过切削面粉碎，切削刃使基体破碎

切削区有良好的散热切削区的散热较少

两种刀具的选择通常根据客户生产规模来定，如果是小批量，多品种产品加工，可以采用金刚石涂层刀具;如果是大批量定型产品，追求效率，可以采用PCD刀具。加工常见碳纤维复合材料，金刚石涂层刀具铣削线速度约为200-400m/min，而PCD刀具铣削线速度可以达到400-800m/min。

复合材料广泛应用于航空航天，能源(风电叶片)，汽车，运动器材，医疗，游艇等行业，主要目的为材料的高强度和低密度。如常见的碳纤维，强度接近高强度钢，而密度为2.4g/cm³，比铝合金密度还低;芳纶材料密度更低至1.3-1.4g/cm³。

山高刀具提供完整的加工复合材料铣刀和钻头，分为两个系列，金刚石涂层和PCD铣刀，全部为标准产品推向市场。

金刚石涂层铣刀工分为5种：

■小螺旋角铣刀：减小轴向切削力，减少毛刺，可以应用于所有塑料基复合材料，并可以很好加工高含硅铝合金;

■小螺旋角球头铣刀：主要用于加工材料成形，如航空起落架型面加工;

■左旋右旋铣刀：将材料至于螺旋角交叉处，完全抵消加工过程中的轴向切削力，从而实现最好的加工表面质量，主要用于军工行业;

■菠萝铣刀：采用更多的左旋齿，将材料下压，提供工装刚性，获得较好表面质量，主要用于加工碳纤维复合材料;

■蜂窝材料专用铣刀：锯齿状切削刃设计，锋利刃口，轻快切除，防止压倒蜂窝，主要用于加工，纸蜂窝板，铝蜂窝板和钛合金蜂窝板。nextpage

PCD铣刀分为3种：