飛機設計的發展與全新材料(liào)的發(fā)展齊頭(tóu)並進。因(yīn)此,現在的飛機能飛得更遠(yuǎn)、更(gèng)快,載重量更大。與此同時(shí),飛機使用更少的燃料,這意味著汙染物(wù)排放量更少、成本更低。
有(yǒu)三種(zhǒng)難加工材料可用於(yú)製造機身(shēn)、機翼以及起落架和飛機發動機(jī)等硬(yìng)件。它們分別是高溫合金、鈦合金和複合材料。後者包括全新的碳纖維增強塑料 (CFRP) 和較新的玻璃纖維增強塑(sù)料(liào) (GRP)。一般(bān)情況(kuàng)下,CFRP 和 GRP 已被層壓,或其表麵已(yǐ)金屬化(比如鋁合金)。所有這些整體式材料和層壓材料都很難(nán)加工。隨著發動機溫(wēn)度的升高,發(fā)動機(jī)效率也相應提高。噴氣式飛(fēi)機發動機的發熱區(qū)溫度比以往更高,高溫合金(主要是鎳基和鈷基合金(jīn))依然保持優異的機械和化學特性(xìng)。與鋼件組件相(xiàng)比,高溫合金(jīn)零件的尺(chǐ)寸更小,且重量更輕。發(fā)動機重量每減少一公斤,就意(yì)味著在發動機服役期間可減少150,000美元的(de)燃料成本。高溫合金約(yuē)占新(xīn)型發(fā)動機(jī)總重量的(de) 50 %。鈦合金可提供(gòng)極高的(de)強(qiáng)度重量比和優異(yì)的抗蝕性能。它們的強度(dù)與(yǔ)鋼件相當,但重量僅有(yǒu)鋼的 40%;它們的(de)強度是鋁合金的兩倍,但(dàn)重量僅比鋁高 60%。從 20 世紀 50 年代開始,市場上可供應的輕合(hé)金明顯無法(fǎ)滿足機身和發動(dòng)機零件越發困(kùn)難的要求,這使得鈦合金的重(chóng)要性日益顯著。
據預測,鈦合金越來越廣泛地應用於結構零件、起落架和其(qí)它硬件(jiàn)設備。複合材料(主要是 CFRP)在(zài)飛機中(zhōng)的應用也越來越普遍了。它們具備高的強度重量比、良好的抗(kàng)蝕性(xìng)能和低(dī)的熱(rè)膨脹;它們的特性能被調整以滿足特定的應用。CFRP 廣泛應用於機翼主梁、機翼和機身(shēn)蒙皮。複合材料由取自塑料基質的纖(xiān)維組成,這些纖維還可用(yòng)於織物造型而(ér)無需(xū)任何基質。波音 787 夢幻客機 50% 的主要結構(包(bāo)括(kuò)機身和機翼)由複(fù)合材料製成。
為何這些材料都這(zhè)麽難(nán)加工呢?高溫合金和鈦合金的高溫強度意味著在切削溫度下具有高的硬度和剛度,會對刀具的切(qiē)削(xuē)刃產生更大的切削力,從而導(dǎo)致切削刃的微崩和變形。在彎曲(在形成切屑期間)時並由於熱導性不佳(jiā),這些金屬會產生(shēng)更多的(de)熱量(liàng),從而使切削溫度(dù)達到很(hěn)高的水平。隨著材料的高溫強度、韌性和延展性的增加,切屑的折斷變得(dé)更困難。加工熱處理合金經常會(huì)產生磨損切(qiē)削刃的磨(mó)粒,還會引起工(gōng)件表麵硬化,以致難以維持精密公差。加工過程中會(huì)損壞零(líng)件表麵的金相(xiàng)完整性,降低疲勞強度。複(fù)合材料中的碳纖維(wéi)有很好(hǎo)的韌(rèn)性,導致切削刃迅速變鈍。切削速度使用不當,會引起(qǐ)工件剝落和微崩,並形成毛刺。孔加工會引起高樹(shù)脂含量的普通複合材料脫層以及高纖維含量的複合材料開裂。對於疊(dié)層(層壓)的複(fù)合(hé)材料(liào),在(zài)鑽削過(guò)程(chéng)飛濺出去的金屬切屑可能會損壞此類複合材(cái)料的表麵。
未來將會如何呢?激烈的市場競爭迫使設計師們迫不及(jí)待地尋求更輕、更堅固(gù)且耐熱與抗蝕性更佳的材料,以使飛機滿足日益嚴峻的要求。冶金(jīn)家、化(huà)學家和塑料工程師致力於(yú)研發可滿足日後需要(yào)的材料。從不利的方(fāng)麵說,幾乎可以肯定,已改善其物理和化學特性的材料更加難以加工,但(dàn)這正是山高要著手應對的挑戰。
山高提供一(yī)係列關於高效、高精(jīng)密銑削、車削、切削和鑽削航(háng)空材料的先(xiān)進刀具解決方案。
帶有CVD 金剛石鍍層的JabroTM 係列銑刀可降(jiàng)低磨損,專用於多層碳纖維和玻璃纖維等複合(hé)材料以及高性能工(gōng)業塑料(比如聚醚醚酮 PEEK)以及蜂窩(wō)材料的無毛刺(頂部和底部)加工、側(cè)銑、3D 仿形銑削、銑輪廓和銑槽操(cāo)作。
對於加工 Inconel 和其它高溫合金,SecomaxTM PCBN刀具擁(yōng)有和碳化鎢材料一樣(yàng)的使用壽命,但其切削速度(dù)快 10 倍,從而促使切削長度有所增加。Secomax CBN170 是全新材質(zhì)等級,其中的晶須(xū)陶瓷(cí)粘結劑具有該應用領域無與倫比的切削刃強度(dù)。為了擴展用於鈦合(hé)金和高溫合金(分別是 T 和(hé) M 槽型)的 Seco FeedmaxTM 鑽(zuàn)頭係列,山高(gāo)已經推出一係列帶 CVD 金剛(gāng)石鍍層的全新整體硬質合金鑽(zuàn)頭,適用於對 CFRP 材料進行孔加工。憑借其特別研發的鑽尖幾何角度,能鑽出高質量、不脫層(céng)的孔,同時金剛石鍍層還延長了刀具壽命並提高生產率。此鑽頭係列包括常規(單一直徑)鑽頭和(hé)帶倒角的鑽(zuàn)頭(一體化鑽(zuàn)頭)。
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