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带来飞跃的人造金刚石复合工装材料
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本文报道了一种专为航空航天领域工装而设计的人造金刚石材料。根据制造商元素六(Element Six)公司所述,在下一代3D 复合加工解决方案方面,Aero-Dianamics 为碳纤维增强塑料的加工过程提供了三倍以上的生产率。

元素六(Element Six)公司专为航空航天行业推出了一款新的聚晶金刚石(PCD)产品系列Aero-Dianamics TM。该公司是人造金刚石超级材料的制造商,也是戴比尔斯集团(the De Beers Group)公司的成员。在包括碳纤维复合材料(CFRP)在内的复合材料的加工过程中,与现在的硬质合金工具系统相比,据说新的产品系列能使生产能力提高三倍,并且降低每个成品件的成本(见图1)。

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图1 波音787 梦想飞机(图片来源:YMZK-Photo/Shutterstock.com)

航空航天领域的CFRP

碳纤维复合材料目前已经占到了机身材料的约50%。比如说,波音787梦想飞机的机身、机翼、尾翼、安定面、控制面板和机舱就都使用了碳纤维复合材料。空中客车350XWB 宽体飞机采用了53%的复合材料。未来碳纤维复合材料每年的增长有望达到14% 左右,尤其在汽车行业明显会有更多的增长机会。

碳纤维复合材料作为机身材料的这种增长,推动了飞行器驾驶的经济性。其优点包括:

◆ 减轻重量以改善排放,并且提高燃油效率达25%。
◆ 引入了新的技术,例如下一代涡轮机。
◆ 高耐久性降低了维护成本。
◆ 高强度可获得更高的客舱压力,提高乘客的舒适度。
◆ 增加有效载荷的机会(见图2)。

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图2 元素六公司性能卓越的研磨材料能用于多种复杂飞机部件的有效加工——图中绿色部分所示。

加工新材料

为了迎接加工航空航天用碳纤维复合材料的挑战,元素六(Element Six)公司声称他们已经开发出了新的Aero-Dianamics TM 系列PCD 圆形工具坯。该Aero-Dianamics TM 系列产品专用来让刀具设计师设计出以前无法实现的几何形状,以精确匹配客户的铣削和钻削应用。

元素六(Element Six)公司补充说,利用PCD 铣或钻,Aero-Dianamics TM系列产品第一次实现了三维(3D)切割几何形状,代表着刀具设计上的一大阶跃变化。Aero-DianamicsTM 系列产品由五个产品级PCD 圆形工具坯组成,内置于刀具系统里,提高了制造商的能力,使他们能在更低的温度下,利用更低的工具压力,更快、更干净地钻铣碳纤维复合材料。因此,可以更高效和快速地生产碳纤维复合材料机身部件,降低用于组装的成品部件的交货期(见图3)。

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图3 Aero-Dianamics 工具坯

新的刀具几何形状

元素六(Element Six)公司表示,通过使用新的PCD 工具坯,设计师可以创建新的刀具几何形状,并提供了:

◆ 设计槽形轮廓的自由;
◆ 多个凹槽;
◆ 无限的凹槽角度和方向(左/右/抗压)。

元素六(Element Six)公司还补充道,这些新一代复合材料刀具解决方案完全替代了制造复合材料部件时对硬质合金涂层刀具的需要(见图4)。

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图4 PCD 铣削工具

提高了生产率

据称,新的可能实现的刀具几何形状,能够显著提高飞行器制造中材料的加工生产率。元素六公司说这些生产率的增加包括:

◆ 比涂覆硬质合金更优良的耐磨性。

PCD 是工业领域最硬的人造材料。它的耐磨性远远超过了硬质合金。

◆ 更长的刀具寿命,始终如一的精度。

英国伯明翰大学的一项研究显示,PCD 的使用延长了刀具寿命的系数至少十倍以上。此外,它还能在刀具的整个寿命期间保持良好的尖锐性。

◆ 槽的角度能更彻底地切割纤维。

据说,PCD 钻和端铣能生产出一致的孔和边缘质量,大大超过了涂层硬质合金刀具。

◆ 更快的刀具操作,更好的温度控制。

有了PCD,刀具能运转得更快,因为边缘更加锋利了,摩擦也减小了,同时也具有良好的导热性。

因此,钻削与铝和钛堆叠起来的碳纤维复合材料时快了两倍,并且不存在工件过热相关的问题。

◆ 减少返工和停机时间。

孔和边缘加工时较长的换刀间隔时间,并且消除了耗时的返工,这样就显著减少了设备的停机时间。

◆ 使得现有生产流程进一步自动化。

独立测试

Aero-DianamicsTM 的性能优势已经做了独立测试,由欧洲两大领先的航空航天精密加工研究机构得到了验证。其中先进制造研究中心(AMRC)位于英国谢菲尔德大学,与波音公司具有合作伙伴关系,生产管理与技术研究所(IPMT)则是在德国的汉堡科技大学(TUHH)。

“到目前为止,根据我们的测试显示, 元素六(Element Six) 公司的Aero-DianamicsTM 系列产品显著优于硬质合金,并且具有为全球航空航天业采用的碳纤维复合材料提供支持的潜力,”AMRC 和波音的负责人、联合创始人Keith Ridgway CBE 教授说道。

第一工具

“ 元素六(Element Six) 公司的Aero-DianamicsTM PCD组件促使山高(SECO)刀具为复合材料的钻削开发出了行业第一个PCD三槽螺旋几何形钻——CX1。”山高(SECO)刀具钻削部产品经理Par Nordberg说道。山高(SECO)刀具钻削部是高性能金属切削工具的领先制造商,也是元素六(Element Six)公司的长期客户和合作伙伴。“这一革命性的钻孔工具使生产率和刀具寿命提升到了新的水平,传统的PCD是根本不可能实现的,”山高(SECO)刀具航空航天部门业务发展经理David Pearson补充说。

元素六(Element Six)公司表示,这已经处在开发多维PCD 刀具解决方案的最前沿了,且是建立在50多年获得的经验基础之上的。

“ 我们很高兴能将Aero-DianamicsTM 产品添加到我们业已广泛的人造金刚石能力范围,进一步延伸到现代飞机主要部件中几乎所有复合材料的加工和磨削。”元素六(ElementSix)公司精密加工产品管理负责人Tom Howard说,“随着其他行业,如汽车和涡轮加工,越来越多地采用复合材料,我们预测,在未来3-5年中,他们也会从这个新的产品组合中获益。”(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (3/22/2016)
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