西班牙PREZISS采用聚晶金刚石(PCD)与硬质合金烧结而成的CFRP孔加工“梦幻”钻头,使航空航天方面的孔加工变得更为高效、简便。
高强度复合碳纤维(CFRP:Carbon Fiber ReinforcedPlastic)与金属材料相比较,具有强度强、刚性高、耐腐蚀性好、重量轻等优点,越来越广泛地被用于航空航天、汽车、船舶、医疗器械、铁轨车辆、健身器材等领域,特别是作为飞机机体材料,过去仅用于负载较高的活动翼板等方面。

不过,由于近年来低油耗、低成本化和对室内空间舒适度等的要求,CFRP材料使用比例有了显着的提高,在波音“梦幻”飞机787的材料使用上,CFRP占到整个材料50%以上。但由于CFRP易分层、表面剥离、起毛刺以及树脂纤维崩缺等问题,其加工一直是个难题,是一种很难高质量加工的材料。飞机机体的组装主要靠紧固件铆钉等铆接,因此需要大量钻孔加工,机身大量CFRP的应用,使得高效高质量的孔加工变得十分困难。
针对CFRP的特性,西班牙PREZISS公司生产的PREZISS采用聚晶金刚石(PCD)与硬质合金烧结而成的CFRP孔加工“梦幻”钻头(dream drill)(见图1),使航空航天方面的孔加工变得更为高效、简便。
“梦幻”钻头有的特点:
1.“梦幻”钻头是在硬质合金基体上将整体聚晶金刚石(PCD)在高温高压条件下通过激光烧焊结而成的(如图2),和其他PCD钻头相比,不易脱焊。
2.“梦幻”钻头切削刃部分整体PCD通过激光加工,具有麻花钻螺旋刃、排泄槽和钻尖角,是真正意义上的PCD钻头;其30°螺旋角和90°钻尖角(我们可以根据客户的材料具体情况设计),锋利度极好,可防止孔口崩边及起毛的产生。
3.寿命长、精度高:和硬质合金钻头和金刚石涂层钻头相比,是其使用寿命的几百倍和几十倍。PCD的摩擦系数一般仅为0.1~0.3(硬质合金的摩擦系数为0.4~1),因此PCD刀具可显著减小切削力;PCD刀具与有色金属和非金属材料间的亲和力很小,在加工过程中切屑不易粘结在刀尖上形成积屑瘤,所以可稳定地到良好的表面粗糙度;同时PCD的导热系数为700W/mK,为硬质合金的1.5~9倍,甚至高于PCBN和铜,因此PCD刀具热量传递迅速;PCD的热膨胀系数仅为0.9×10-6~1.18×10-6,仅相当于硬质合金的1/5,因此PCD刀具热变形小,所以可以大大提高加工精度和孔径精度。
4.可用于CFRP、金属基复合材料(MMC)、石墨、碳材、硬质合PCD钻头使用注意事项金等孔加;尤其是在CFRP加工中,纤维切断能力较强,轴向抵抗值较小,可抑制分层。
PCD钻头使用注意事项
PCD的硬度可达8000HV,为硬质合金的80~120倍,既硬又脆,一点振动都有可能造成崩刃,对加工系统的刚性需要特殊要求。因此,推荐使用高刚性CNC机床,高刚性夹具装夹工件。