山特维克可乐满PCD直接压制烧结技术的成功应用

　　近年来，复合材料钻削刀具中，讨论得最多的刀具创新是PCD直接压制烧结技术。为理解这种概念，首先需要了解PCD及其以前的局限性。通常来说，在硬质合金层上附上扁片状的PCD，在制作切削刀具时，将PCD用铜焊的方式焊接在刀具刀体上。

　　这种方法有两大缺点：1. 刀具槽型加工受限，因为是采用平片制作；2. 将平片焊接在刀具的铜焊接头上距切削刃很近。如果温度接近铜焊的熔点，那么加工中产生热量，会使焊接接头失效。

　　战略定位

　　为了克服这些缺点，并充分利用PCD的优势，山特维克可乐满和Precorp潜心研究，采用PCD材料的直接压制烧结技术，从战略上专注制造PCD刀具毛坯。制作这类刀坯时，将金刚石粉装入硬质合金刀具刀体上开的槽内，在高温/高压下将金刚石与硬质合金烧结成为一体，烧结好的刀具毛坯用铜焊的方式焊接在刀柄上。最终按照刀具刃形的设计要求，进行精密的刀具刃形加工。

　　对于加工车间来说，这是一个好消息，因为烧结PCD的特性，可以使得在刀具加工时准确的定位PCD刀刃。此外，还可精确地制成螺旋式切削刃或其他复杂刃型，这是在使用焊接PCD平片时无法做到的。烧结PCD技术为山特维克可乐满提供了设计优化切削刃型的保证，这种优化的刃形既可适应欠刚性设置，还可适应精密的稳定大批量加工。采用PCD直接压制烧结技术，还能解决上述铜焊接头失效的难题。诚然，直接压制烧结刀具仍然有铜焊接头——这仅仅位于刀柄偏上方的位置，离切削部位较远，不受发热的影响。

　　特殊刀具刃型

　　通常来说，PCD直接压制烧结刀具具有锋利的切削刃型，即使在加工耐磨料磨损性最大的复合材料时，也能保持锋利的刃口。这种技术甚至还可进一步加强，例如强化刀具的圆角部分，以提高切削速度，而不影响表面质量或尺寸公差。

　　对于加工复合材料和金属叠层材料，PCD直接压制烧结刀具可以采用微磨技术，以便加工高应力集中部位，还有助于保持锋利度，延长刀具使用寿命。刀具锋利的刃口切削合成纤维时，需要的推力小，可将加工缺陷（例如分层、基材熔融/软化、纤维拉出及表面烧焦）减至最低。

　　核心驱动力

　　复合材料和零件加工工艺中，孔加工继续占据主导地位。例如，航空工业中，在准备安装复合材料机架和零件的紧固件时，需要花费大量的时间。即使采用最新的降低了装配要求的统一结构，从加工效率和成本的角度看，钻削仍然是主导因素。

　　山特维克可乐满的PCD钻头，采用直接压制烧结技术，切削刃可制成各种槽型，将进出孔位置的分层倾向减至最低，但应用方法仍然是刀具选型的一个主要因素。例如，使用自动进给设备时，PCD直接压制烧结钻头（例如85或86 PT 系列CD10），采用PCD刃形保护设计，增加了加工过程的稳定性。此时，在切削刀具PCD刃口部分加了保护层，缩短了PCD外露部分的总长度。这样可防止切削刃崩裂，从而延长刀具的使用寿命。这些钻头还可采用内冷方式，这种方式特别推荐用于加工铝合金和/或钛合金堆叠的复合材料。

　　数控机床

　　在固定床身数控机床上进行CFRP零件的孔加工时，我们已经对另一款CD10 PCD直接压制烧结钻头、 CoroDrill 859V进行了优化，可用于单向带材料例如M21E，及环氧和BMI（马来酰亚胺）树脂。这款钻头具有锋利的双角度刃型，可减少分层现象，在有覆层的CFRP（例如玻璃纤维和铜）上钻削时，性能也很优异。

　　在固定床身数控机床上进行CFRP/金属堆叠材料的孔加工时，需要采用CD10 PCD直接压制烧结钻头，例如86A和86B系列。前者有一个118°的定心点，用于加工CFRP/铝合金堆叠材料，而后者有一个135°的定心点，用于加工CFRP/钛合金堆叠材料，两种设计都可减少毛刺和纤维碎裂。

　　采用钛合金堆叠的碳化纤维是最难加工的材料组合之一，但是山特维克可乐满和Precorp齐心协力，攻坚克难，提高了此类材料的孔加工效率。为给出CoroDrill直接压制烧结PCD性能的思路，采用15mm厚的CFRP夹层，10mm的钛合金薄板，在钻通孔时，切削速度为大约12 m/min，进给量为0.05 mm/rev。

　　一次钻削

　　为了在加工CFRP（碳纤维增强塑料）或CFRP/金属堆叠材料时缩短停机时间、改进孔的表面质量和孔径误差，采用优化钻尖构型的直接压制烧结技术PCD钻头和优化加工工艺是至关重要的。尽管人们希望使用一次性完成钻孔的刀具以缩短生产时间，但是当要求很高的精度时，钻孔时需要二次或者三次操作，即预钻削、钻削和铰削。

　　尽管人们一直认为，要想在复合材料上进行精密钻孔，通过稳定、可靠、可重复的一次钻削工序完成是一件难以实现的事情，但是这种观念即将得到改变。山特维克可乐满正在进行大量试验，旨在对航空零件进行钻削时，缩短加工时间，减小刀具使用数量。这些试验重点考虑单次完成的钻削工序，采用动力进给型机床，钻通铝/钛合金堆叠的CFRP（CFRP/Ti/Alu）材料。首次试验结果，让大型航空制造业看到了希望，钻孔质量完全能达到期望的需求水平。

　　直接压制烧结PCD技术帮助了山特维克可乐满满足此类公司的需求，研制出了专用的槽型，以适应不同材料需要的不同条件。

　　但是，PCD直接压制烧结刀具并非只用于孔加工，还可用于表面加工和边缘加工工序。典型的实例是，由复合材料制成的飞机垂直尾翼，这种材料的边缘加工难度相当大。但是，采用PCD直接压制烧结技术的CoroMill Plura立铣刀最适合这种加工，从而减少纤维碎裂现象，增加金属去除率。

　　从复合材料加工能力和降低成本的角度分析，PCD直接压制烧结技术无疑都是最大的技术驱动力，对于各种应用，都具有巨大潜力和竞争优势。

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