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菱齿立铣刀铣削碳纤维复合资料的切削功能研讨

碳纤维复合资料（CFRP）是以碳纤维为增强体的树脂基复合资料，具有比强度和比模量高，抗皮劳功能优异，减振功能好，安全功能高，可明显下降结构件的分量等优异功能，现在广泛应用于航空**、轿车、能源及体育器材等领域。碳纤维复合资料零件与其他资料零件装配联接时，铣削加工是取得准确几何形状的首要形式之一。因为碳纤维复合资料各向异性的特色，层间强度低而碳纤维硬度高，在铣削过程中易发作分层、翻边及毛刺等缺点，严峻影响了刀具使用寿数和工件外表质量。

近年来国内外学者对碳纤维复合资料加工理论展开了广泛研讨。Iliescu等剖析了纤维方向对亚外表损伤深度及切削力的影响，研讨标明，随着纤维方向的增加，工件亚外表的损伤深度随之增加，刀具的前角对切削力的巨细及亚外表的损伤深度影响较小；Devi Kalla等使用圆柱双刃铣刀铣削多向铺层复合资料并建立了铣削力的猜测模型；鲍永杰等以单层碳纤维复合资料为研讨目标，选用单点飞切探究了撕裂缺点的构成过程，剖析了刀具类型、钻削力及切削速度等因素对钻孔缺点的影响规律。现在针对碳纤维复合资料加工的研讨，大部分会集在钻孔方面，国内尚无成熟的产业化生产的碳纤维复合资料**铣削刀具。

本文提出了菱齿型立铣刀的规划方案，并选用一般右旋金刚石涂层立铣刀、新式菱齿金刚石涂层立铣刀以及菱齿未涂层立铣刀，对碳纤维复合资料进行侧铣实验。在相同切削条件下，经过对铣削过程中工件加工外表质量、刀具寿数以及刀具磨损描摹的比照研讨，探讨了金刚石涂层的菱齿立铣刀铣削碳纤维复合资料的切削加工功能。

1.菱齿型立铣刀规划原理

在碳纤维复合资料的铣削加工中，一般硬质合金立铣刀作为一种传统经济的刀具依然存在于生产领域。一般右旋立铣刀铣削碳纤维复合资料加工如图1所示。铣削过程中，因为刀具右旋螺旋角的存在，复合资料的上、下外表均遭到斜向上的切削力效果，此刻资料下外表的纤维层刚性较好，简单彻底被堵截；而资料上外表的纤维层因为缺乏上方的支撑资料，不简单彻底被堵截，因而在工件的上外表易呈现毛刺、撕裂，乃至是分层现象，影响工件外表质量。

新式菱齿立铣刀的刃型如图2所示，菱齿型立铣刀经过右旋向和左旋向的开槽磨削，构成了数量较多的切削刃。在每个菱形的刀齿上，都具有右旋切削刃和左旋切削刃。铣削时，碳纤维复合资料既遭到右旋切削刃向上切削分力的效果，也遭到了左旋切削刃向下切削分力的效果，因而纤维层资料受力均衡，切削过程平稳。因为菱齿型立铣刀在任一截面均有右旋刃和左旋刃一起参加切削加工（见图3），在较块切削速度的效果下，工件外表层纤维资料一起遭到了向上和向下切削力的效果，类似于剪刀原理，纤维资料轻易被剪断，能够有用地防止工件上、下外表撕裂、毛刺等加工缺点的发作，提高复合资料的加工质量。

2.实验条件

   实验刀具选用金刚石涂层一般右旋立铣刀、金刚石涂层菱齿立铣刀以及未涂层的菱齿立铣刀，如图4所示，刀具几何参数如表1所示。实验工件资料为T300型碳纤维复合资料，工件资料功能如表2所示。

   切削实验在福裕立式加工中心QP2033-L上进行，钨钢铣刀规格，刀柄BT40-KMC32-105，加工条件如表3所示。实验后，选用Keyence显微镜（类型：VHX-100）调查工件外表质量以及刀具切削刃的磨损情况。

 3.实验结果与剖析

（1）工件外表质量比照剖析。在相同的切削加工条件下，一般金刚石涂层右旋立铣刀侧铣碳纤维复合资料3m后工件的外表质量如图5所示。从图中能够看出，工件上外表呈现了明显的毛刺和撕裂现象，而下外表加工质量良好。

图6所示为金刚石涂层菱齿立铣刀侧铣碳纤维复合资料3m后工件的外表质量照片。从图中能够看出，碳纤维复合资料工件的上、下外表均未呈现毛刺、撕裂等加工缺点，加工外表质量明显优于一般立铣刀。图7所示为未涂层菱齿立铣刀侧铣碳纤维复合资料3m后工件的外表质量图片。由图可见，工件的上、下外表呈现了细微的毛刺现象，加工外表质量优于一般立铣刀，但比金刚石涂层菱齿立铣刀差。这首要是因为工件资料中的碳纤维硬度较高、未涂层刀具磨损较块的原因。

（2）刀具寿数比照剖析。图8所示为3款铣刀侧铣碳纤维复合资料的刀具磨损曲线。若不考虑碳纤维复合资料外表质量，仅以刀具后刀面磨损量VB=0.1mm作为刀具磨钝规范，台州钨钢铣刀，在到达磨钝规范时，菱齿金刚石涂层立铣刀的切削间隔为63m，一般立铣刀的切削间隔为18m，而菱齿未涂层立铣刀的切削间隔仅为7m。金刚石涂层一般右旋立铣刀的刀具磨损比相同涂层的菱齿立铣刀要块得多，这首要是因为菱齿立铣刀的切削刃数量在规划上明显多于一般立铣刀，在任一横截面上，一起参加切削加工的切削刃约8个（见图3），为一般右旋立铣刀的2倍。在相同转速和进给速度下，菱齿立铣刀每齿承当的切削力比一般立铣刀小，因而同为金刚石涂层的菱齿立铣刀刃口磨损比一般立铣刀缓慢。比照金刚石涂层菱齿立铣刀和未涂层的菱齿立铣刀，能够发现金刚石涂层的菱齿立铣刀的刀具寿数约是未涂层菱齿立铣刀的9倍。

（3）切削刃磨损比照剖析。因为碳纤维复合资料的切屑呈粉末状，刀具的磨损首要发作在切削刃和后刀面邻近。刀具后刀面磨损值VB=0.1mm的刀具磨损如图9所示。从图9a中能够看出，一般右旋立铣刀前端切削刃的后刀面磨损显现为均匀磨损，在靠近工件上外表的方位呈现异常鸿沟磨损，开始剖析因为碳纤维上外表残留毛刺对刀具不断冲击构成鸿沟剧烈磨损，露出发亮的硬质合金基体资料，刀具磨损严峻。比较之下，图9b所示菱齿金刚石涂层立铣刀则显现出良好的耐磨性，加工63m后刀具后刀面磨损量才到达0.1mm，其右旋刃外表金刚石涂层已被磨损掉，而左旋刃外表金刚石涂层仅发作细微磨损。图9c所示的未涂层菱齿立铣刀在切削7m后，右旋刃和左旋刃都呈现了严峻磨损。这首要是因为碳纤维复合资料首要成分是碳，其硬度非常高，在切削加工时，碳原子与刀具外表发作剧烈冲突，当硬质合金刀具外表没有涂层保护时，刀具后刀面非常简单发作磨损。而金刚石涂层的硬度非常高，能够到达8 000HV，在切削加工碳纤维复合资料时，金刚石涂层能够有用保护刀具刃口，从而减缓刀具后刀面的磨损。

4. 结语

（1）因为菱齿型立铣刀在每个刀齿上均有右旋刃和左旋刃，在任一横截面上均一起有右旋刃和左旋刃参加切削，构成的剪切合力易于将碳纤维丝束剪断，可有用抑制碳纤维复合资料外表毛刺、撕裂等现象的发作，提高工件加工外表质量。

（2）相同金刚石涂层的菱齿立铣刀和一般右旋立铣刀比较，因为菱齿立铣刀一起参加切削的刃数约为一般右旋立铣刀的2倍，故菱齿立铣刀每齿承当切削力较小，刀具后刀面磨损缓慢；未涂层的菱齿立铣刀在铣削碳纤维复合资料时，因为刀具外表没有金刚石涂层的保护，刀具后刀面磨损速度非常块。

（3）综上所述，新式金刚石涂层菱齿立铣刀适合于碳纤维复合资料的铣削加工。

cvd金刚石涂层刀具在3D玻璃、陶瓷及膏端资料使用领域大放光彩

跟着3D玻璃市场全面迸发，石墨资料在3D玻璃热弯模具使用上的尤秀功能已经得到了业界的共同认可，而因为石墨资料的高磨蚀性、强耐性，石墨模具的加工环境要求非常严格，为确保石墨模具拥有**的精度，光洁度，稳定性，除了需求在安静，机身本身吸尘才能外，石墨加工刀具也成为加工环节的重中之重，选用适合于高速加工的刀具，需求从进步耐用度、可靠性和安全性的角度，对刀具基体与涂层资料和刀具与工件资料匹配进行归纳考虑。

经过对各种刀具资料不断试验和验证，CVD金刚石涂层刀具的使用寿数是硬质合金的8～lO倍，CVD金刚石涂层刀具的允许切削速度比硬质合金刀具高2～3倍，切削刃锋利且共同性好，冲突因数低，可在高转速和低进给下完成薄壁石墨模具的高速高精密加工，一起CVD金刚石涂层刀具的使用寿数在很多刀具资猜中遭到各石墨加工厂商的青睐！

化学气相沉积，简称CVD.金刚石涂层具有接近**金刚石的高硬度、高导热系数、低冲突和低膨胀系数等诸多优异的功能，在加工石墨等脆性资料以及碳纤维复合资料时，已经成为切削刀具的手选外表涂层，在进步刀具寿数和加工质量方面，表现出**的功能。

按晶粒尺度巨细，CVD金刚石涂层可分为微米金刚石涂层和纳米金刚石涂层。微米金刚石涂层的晶粒尺度一般在500 nm到几微米之间，由柱状成长的金刚石晶粒竞争性成长形成，钨钢铣刀转速，具有硬度高、外表耐磨性好等优异特性，能够明显下降刀具磨损速率，进步刀具寿数。但是，微米金刚石涂层的外表较为粗糙（Ra值一般为几百纳米），涂层耐性及抗裂纹扩展才能较差，外表裂纹*沿晶界区域扩展引起涂层掉落，使得刀具外表在没有达到磨钝标准之前，涂层已经掉落。纳米金刚石涂层是由呈团簇状分布的纳米级金刚石晶粒构成，晶粒尺度一般在100 nm以下，外表光滑性好（Ra值小于100纳米），在切削过程中可明显下降冲突，从而下降切削力和切削热，进步刀具寿数。纳米金刚石涂层具有**的抗裂纹扩展才能，但是，与微米金刚石相比，它与基体结合强度相对较低，加工过程中*出现涂层掉落等非正常失效。

金刚石涂层刀具挑选使用的主要依据是工件资料的属性及加工质量要求。关于EDM石墨模具加工来说，铣削加工过程的本质类似于“磨削”过程，此刻需求刀具外表的“微刃口”数量多并且耐磨，应挑选晶粒较大的微米金刚石涂层。 关于使用于陶瓷加工的模具来说，要求外表光洁度高，应在精加工阶段选用纳米金刚石涂层。在铝合金的加工中，“粘刀”现象的严重性**刀具磨损，此刻对刀具耐磨性的要求相对较低，应挑选冲突系数低的纳米金刚石涂层。关于碳纤维复合资料，因为纤维资料本身具有激烈的磨蚀功能，既要求刀具具有很好的耐磨功能，又要下降加工过程的切削力和切削热，应采用微/纳米复合金刚石涂层。最后，特别阐明一下，金刚石涂层厚度的挑选问题，并不是“越厚越好”，耐磨功能的进步，金刚石涂层的品质作用要大于厚度的作用。

广东凯萨莱钻石工业有限公司于2017年联合上海交通大学金刚石涂层研究团队开发热丝CVD金刚石涂层设备，现在涂层设备具备批量化制备微米、纳米和微/纳米复合金刚石涂层的才能，涂层刀具覆盖各类铣刀、钻头、铰刀、丝锥等整体式刀具和各类可转位刀片。通过产学研协作地进一步延伸，结合高校的人才优势，已形成“刀型优化设计——刀具精准制造——涂层准确制备——工件质量操控”的资料加工工艺全套计划。 助力于包含碳纤维复合资料、玻璃纤维增强复合资料、金属基复合资料、高强石墨资料、陶瓷、颗粒增强铝合金资料等各类高功能资料加工。

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立铣刀的根本刃口形状（螺旋槽形状）有直形和螺旋形两种。螺旋角可分为30o、45o、50°等，种类丰富多样。由于螺旋刃立铣刀相关于直刃具有切削轻快、平稳、效率高和运用范围广等长处，因而在铣削加

工中得到了广泛应用。现在来介绍一下怎么区别运用。

刃天行即将推出超硬系列立铣刀——由注铭刀具生产商OSG制作！

1螺旋角的作用

立铣刀的螺旋角越大，工件与切削刃的接触长度就越长。这样能够下降单位长度切削刃所接受的负载，因而可延伸刀具寿数。但一起，切削阻力会变大，因而必须考虑选用夹持刚性高的刀柄。

小螺旋角型立铣刀：

切削刃长（蓝线部分长度）? 短

大螺旋角型立铣刀：

切削刃长（红线部分长度）? 长

2螺旋角特性的归纳

硬质合金立铣刀大致长这样

特别的螺旋角

有一般刃、锥形刃、粗加工刃

? 螺旋角与切削阻力

切向切削阻力随螺旋 角的增大而减小，轴向切削阻力随螺旋角的增大而增大。

? 螺旋角与前角

螺旋角的增大使立 铣刀实际前角增大，刃口愈加尖利。

? 螺旋角与被加工面精度

一般被加工面的笔直度和平面 度公差值随螺旋角的增大而增加，但螺旋角大于40°今后反而随螺旋角的增大而呈减小趋势。

? 螺旋角与刀具寿数

圆周刃刃带的磨损速度与螺旋角巨细根本成正比；另一方面，当螺旋角很 小时，细微的刀具磨损也将显着下降刀具的切削性能，引起振动，使刀具无法持续运用。当螺旋角 过大时，刀具刚性变差，寿数减低。

? 螺旋角与被切削资料

加工硬度低的软质资料时，用大螺旋角，以增大前角，进步刃口的尖利性；加工硬度高的硬质资料时，用小螺旋角，以减小前角， 进步刃口的刚性。

3螺旋角的挑选

关于不锈钢类导热率较低且对刃尖受热影响较大的难切削资料，选用大螺旋角型立铣刀进行切削，有助于延伸刀具寿数。

此外，精加工面的特性因螺旋角而发作改动。例如，需进行滑润精加工时，有时也可运用大螺旋角型立铣刀。可是，运用大螺旋角型立铣刀时，切削阻力会增大、右螺旋角刀具向外脱出的力也会变大，因而必须采取相应措施，如运用夹持刚性高的刀柄。尽管可保证刀具的刚性，但在薄板加工等工件刚性较低的情况下，有时也会运用小螺旋角型立铣刀。

4螺旋角50°的大螺旋立铣刀

侧面精加工用立铣刀

选用多刃规划，刀具刚性好，能蕞大极限减少侧面切削时的让刀量。

刃尖经过尖角保护处理，硬质合金钨钢铣刀，能蕞大极限地抑制刀尖崩刃。

5.60°螺旋角型立铣刀：

适合SUS304不锈钢等难切削资料高速切削

关于导热率低，切削时刃尖温度较易上升的难切削资料，共同的刀刃形状可抑制切削热对刃尖的影响。

6实现高速加工的高效粗加工型立铣刀

选用45°螺旋角与共同的槽形状，一起实现高速加工与高耐磨性。

选用细齿纹断屑槽，加工后的表面粗糙度良好。

选用润滑性优异、耐热性好(耐热温度1100℃)的涂层。

较终螺旋角是螺旋刃立铣刀的主要参数之一，螺旋角巨细的改动对刀具的切 削加工性能有很大影响.跟着数控加工技能和柔性制作技能的开展，在刀具制作工艺上改动螺旋角的巨细已成为可能和十分简便。如果进一步深入研究螺旋角巨细对螺旋刃立铣刀切削性能的各种影

响，在制作和选用螺旋刃立铣刀时，结合机床和工装卡具的性能，依据被加工资料的性能及加工精 度、加工效率以及刀具资料和刀具寿数等因素归纳考虑，优化螺旋角的巨细，无疑会对促进高效、

高精铣削加工起重要作用。