碳纤维加工刀具的材质选择

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1、碳纤维加工刀具的材质选择碳纤维多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料，碳纤维已成为先进复合材料最重要的增强材料。由于碳纤维复合材料具有轻而强、轻而刚、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、结构尺寸稳定性好以及设计性好、可大面积整体成型等特点，已在航空航天、国防军工和民用工业的各个领域得到广泛应用。由碳纤维复合材料特殊的组织结构和特殊的物理力学性能给材料的切削加工带来了一系列的在金属加工中从来未遇到的问题，本文就对碳纤维加工刀具进行探讨。1.碳纤维材料的性能碳纤维复合材料既有碳材料的固有本征特性，又有纺织纤维的柔软可加工性

2、，其优异的综合性能是任何单一材料无法比拟的。（1）低密度高强度。CFRP密度不到钢的1/4，铝合金的1/2；比强度为钢的5倍以上，比模量则是其他结构材料的1.3~12.3倍。（2）良好的抗疲劳特性。由于CFRP中存在着许许多多的碳纤维和树脂基体界面，这些界面能够阻止裂纹的扩展，在长期交变载荷条件下工作时CFRP构件的寿命远高于传统材料构件。（3）稳定的化学性能。CFRP耐高低温，耐腐蚀，在2000℃以上高温惰性环境中，是唯一强度不下降的物质，在-180℃左右的低温下，仍具有较好的柔韧性，不与酸、碱等腐蚀溶液发生化学反应。（4）良好的工

3、艺性。CFRP是一种各向异性材料，其铺层取向可以在很宽的范围进行调整，由于铺层的各向异性特征，通过选择合适的铺层方向和层数可以满足材料强度、刚度和各种使用要求。2.碳纤维材质的切削加工碳纤维复合材料强度高、比热容大、耐热震、质量轻，且材料摩擦系数稳定，耐磨性优良。由碳纤维复合材料特殊的组织结构和特殊的物理力学性能，切削加工时常会遇到以下问题：(1)材料呈层状、块状崩落、撕脱，严重时将使加工件报废，影响产品的成材率和加工质量。(2)刀具磨损快，钝刀具加工，更容易造成坯料损伤；精加工时，刀具尺寸和形状的变化，严重影响产品的形状、尺寸精度。

4、(3)刀具使用寿命短，耐用度低，大大提高了产品的加工成本。3.碳纤维加工刀具的材质选择针对碳纤维复合材料的切削加工特性，选择合适的刀具材质及刀具结构、合理的几何参数成为优质、高效切削加工CFRP的关键。碳纤维复合材料具有脆性大、硬度高特点，切削过程存在难成屑、导热慢、切削区域温度高，刀具易磨损等问题，加工后的产品则表现为分层、撕裂、翻边等缺陷。因此要求刀具具有良好的耐磨性和散热性，并有抑制分层和撕裂的结构特点。聚晶金刚石(PCD)材质的钻头能够更好的钻入和钻出增强型碳纤维复合材料，减少碳纤维复合材料的分层趋势，为能够更好的切断碳纤维，

5、该类刀具可采用在整体硬质合金钻头焊接PCD的切削方式制造，以获得更好的耐磨性能，能够在加工过程中长久的保持刀具的锋利性。4.碳纤维加工应用（1）碳纤维复合材料（CFRP）在航空航天领域的应用碳纤维复合材料的发展推动了航空、航天整体技术的发展。由于CFRP优良的综合性能，在民用飞机上大量应用CFRP能够减轻质量、节省燃油、降低排放，从而增大航程。碳纤维复合材料(CFRP)已成为航空航天应用最为普遍的碳纤维W增强塑料，聚晶金刚石（PCD）刀具对该材料的加工特别有效。典型的CFRP复合材料的应用零部件是飞行器的翼梁，还有由这种零件材料制成的

6、轴承、泵零件和套筒。航空航天行业的碳纤维复合材料零件的加工常用到钻削和铣削，华菱PCD钻头和PCD铣刀采用在硬质合金刀具基体上焊接PCD材料的切削刃，具有超高硬度和耐磨性，常用的PCD刀具有PCD麻花钻、PCD立铣刀、PCD球头铣刀、PCD钻头和金刚石涂层铣刀。（2）碳纤维复合材料（CFRP）在风力发电领域应用风力发电装备的关键部件是叶片，当风机叶片质量增加到一定程度时，叶片质量的增加幅度将大于风机能量输出的增加幅度，这就需要使叶片尽可能地轻质化；为了保证在极端风载下叶尖不碰塔架，叶片又必须具有足够的刚度，目前CFRP已成为叶片材料的

7、最佳选择。CDW010材质金刚石刀片是通用型PCD刀片，兼顾了良好的韧性和较高的耐磨性，具有超高硬度和耐磨性，刀片性能稳定，加工效率高。碳纤维复合材料（CFRP）是以碳纤维为增强体的树脂基复合材料，随着人们对CFRP认识的不断深入，其优异的性能不断凸现，促使其用量不断上升，且应用领域也不断拓展。相对应的随着PCD刀具切削性能的不断提高和PCD刀具价格的不断下降，PCD刀具对于广大用户具有了前所未有的吸引力，这将有力推动PCD刀具的普及应用以及PCD刀具技术更快地向前发展。