飛機(jī)設計的發展與全新材料(liào)的發展齊頭(tóu)並進。因此,現(xiàn)在的飛機能飛得更遠、更(gèng)快,載重量更大。與此同時,飛(fēi)機使用更少的燃料,這意味著汙染物排放量更少、成本更低。
有三種難加工材料可用於製造機身、機翼(yì)以及(jí)起落架和飛機發動機等硬件。它們分別是高溫合金、鈦(tài)合金和複合材料。後者包括全新的碳纖(xiān)維增強塑料 (CFRP) 和較新的玻璃纖維增強塑料 (GRP)。一般情況下,CFRP 和 GRP 已被層壓,或其表麵已金屬化(比如鋁合(hé)金)。所有這些整體式材料和層壓材料都很難加工。隨著發動機溫度的升高,發動機效率也相應提高。噴氣式(shì)飛機(jī)發動機的發熱區溫度比以往(wǎng)更高,高溫合金(主要是鎳基和鈷基合金)依然保持優異的機械和化學特性。與鋼件(jiàn)組件相比(bǐ),高溫(wēn)合金零件的尺寸更小,且重(chóng)量更輕。發動(dòng)機重量每減少一公斤,就意味著在發動機服役期間(jiān)可減少150,000美元的燃料成本。高溫合金約占新型發動機總重量的 50 %。鈦合金可提供極高的強度(dù)重量(liàng)比和優異的抗蝕性(xìng)能(néng)。它們的強度與鋼(gāng)件相當,但重量僅有鋼的 40%;它們的強度是鋁合金的(de)兩(liǎng)倍,但重量僅比鋁高(gāo) 60%。從 20 世紀 50 年代(dài)開始,市場上可供應的輕(qīng)合金明(míng)顯無(wú)法滿足機身(shēn)和發動機零件越發困難的要(yào)求,這使得鈦合金的重(chóng)要性日益顯著。
據預測,鈦合金(jīn)越來(lái)越廣泛地應用於(yú)結構零件、起落(luò)架和其它硬件設備。複合(hé)材料(主(zhǔ)要是 CFRP)在飛機中的應用也越來越普遍了。它們具備高的強(qiáng)度重量比、良好的抗蝕性能和(hé)低的(de)熱膨脹;它們的(de)特(tè)性(xìng)能被調整以滿足特定的應用(yòng)。CFRP 廣泛應用於機翼主梁、機翼(yì)和機身蒙皮。複合材料由取自塑料基質的(de)纖維組成,這些纖維還可用於織(zhī)物造型而無需任何基質。波音 787 夢幻客機 50% 的主要結構(包括機(jī)身和(hé)機翼)由複合材料製成。
為何這些材料都這(zhè)麽(me)難加工呢?高溫合金和鈦合金的高溫強度意(yì)味著(zhe)在切(qiē)削溫度下(xià)具有高的硬度(dù)和剛度,會對刀具(jù)的切削刃產生更(gèng)大的切削(xuē)力,從而導致(zhì)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,這些金屬會產(chǎn)生更多的熱量,從而使切削溫度達到很高的水平。隨著材料(liào)的高溫強度、韌性和延(yán)展性的增加,切(qiē)屑的折斷變得更困難(nán)。加(jiā)工熱處理合(hé)金經常(cháng)會產生磨損切削刃的(de)磨粒,還會引起工(gōng)件表(biǎo)麵硬(yìng)化,以致難以維持(chí)精密公差。加工過程中會損壞零件表麵(miàn)的(de)金相完整性,降低疲勞(láo)強度。複合(hé)材料中的碳纖維有很(hěn)好的韌性(xìng),導致切削刃迅速變(biàn)鈍。切削速度(dù)使用不當(dāng),會引起工件剝落和微(wēi)崩(bēng),並形成毛刺。孔加工會引起高(gāo)樹脂含量的普通複合材料(liào)脫層以及高纖維含量的複合材料開裂。對(duì)於疊層(層壓)的複合材料,在鑽削(xuē)過程飛濺出去的(de)金屬切屑可(kě)能會損壞此類複合(hé)材料的表麵。
未來將(jiāng)會如(rú)何呢?激烈的市場(chǎng)競爭迫使設(shè)計師們迫不及待地尋求更輕、更堅固且耐熱與抗蝕性更佳的(de)材料(liào),以(yǐ)使飛機滿足日益嚴峻的要求。冶金家、化學家和塑料工程師致力於研發可滿足日後需要的材料。從不利的方麵說,幾乎可以肯定,已改(gǎi)善其物理和化學特(tè)性的材料更加難以加工,但這正是山高(gāo)要著手應對的挑戰。
山高提供一係列關於高效、高精密銑削(xuē)、車削、切削和鑽削航(háng)空材料的先進刀具解決方案。
帶有CVD 金剛石鍍層的JabroTM 係列銑刀可降低磨損,專用於多(duō)層(céng)碳纖維和玻璃纖維等複(fù)合材(cái)料以及高性能工業塑料(比如聚醚醚酮 PEEK)以及(jí)蜂窩材料的(de)無毛刺(頂(dǐng)部和底部)加工、側銑、3D 仿形銑削、銑輪廓和銑槽操作。
對於加工 Inconel 和其它高溫合金,SecomaxTM PCBN刀具擁有和碳化鎢(wū)材料一(yī)樣的使(shǐ)用壽命,但(dàn)其切削(xuē)速度快 10 倍,從而促使切削長度有所增加。Secomax CBN170 是全新材質等(děng)級,其中的晶須陶瓷粘結劑具有該應用(yòng)領域無與倫比的切削刃強(qiáng)度。為了擴展用於鈦合(hé)金和高溫合金(分別是 T 和 M 槽型)的 Seco FeedmaxTM 鑽頭(tóu)係列,山高已經推出一係列帶 CVD 金剛石鍍層的全新整體硬質合金鑽頭,適用於對(duì) CFRP 材料進行孔加工。憑(píng)借其特別研發的鑽尖幾(jǐ)何(hé)角度,能鑽出高質量、不脫層的孔,同時金剛石(shí)鍍層還延長了刀具壽(shòu)命並提高生(shēng)產率。此鑽頭係列包括常規(單一直徑)鑽頭和帶倒角的(de)鑽頭(一體化鑽頭)。
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