飛機(jī)設(shè)計(jì)的發(fā)展與全新材料的發(fā)展齊頭并進(jìn)。因此,現(xiàn)在的飛機(jī)能飛得更遠(yuǎn)、更快,載重量更大。與此同時(shí),飛機(jī)使用更少的燃料,這意味著污染物排放量更少、成本更低。
有三種難加工材料可用于制造機(jī)身、機(jī)翼以及起落架和飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)等硬件。它們分別是高溫合金、鈦合金和復(fù)合材料。后者包括全新的碳纖維增強(qiáng)塑料 (CFRP) 和較新的玻璃纖維增強(qiáng)塑料 (GRP)。一般情況下,CFRP 和 GRP 已被層壓,或其表面已金屬化(比如鋁合金)。所有這些整體式材料和層壓材料都很難加工。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)溫度的升高,發(fā)動(dòng)機(jī)效率也相應(yīng)提高。噴氣式飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)熱區(qū)溫度比以往更高,高溫合金(主要是鎳基和鈷基合金)依然保持優(yōu)異的機(jī)械和化學(xué)特性。與鋼件組件相比,高溫合金零件的尺寸更小,且重量更輕。發(fā)動(dòng)機(jī)重量每減少一公斤,就意味著在發(fā)動(dòng)機(jī)服役期間可減少150,000美元的燃料成本。高溫合金約占新型發(fā)動(dòng)機(jī)總重量的 50 %.鈦合金可提供極高的強(qiáng)度重量比和優(yōu)異的抗蝕性能。它們的強(qiáng)度與鋼件相當(dāng),但重量?jī)H有鋼的 40%;它們的強(qiáng)度是鋁合金的兩倍,但重量?jī)H比鋁高 60%.從 20 世紀(jì) 50 年代開(kāi)始,市場(chǎng)上可供應(yīng)的輕合金明顯無(wú)法滿足機(jī)身和發(fā)動(dòng)機(jī)零件越發(fā)困難的要求,這使得鈦合金的重要性日益顯著。
據(jù)預(yù)測(cè),鈦合金越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于結(jié)構(gòu)零件、起落架和其它硬件設(shè)備。復(fù)合材料(主要是 CFRP)在飛機(jī)中的應(yīng)用也越來(lái)越普遍了。它們具備高的強(qiáng)度重量比、良好的抗蝕性能和低的熱膨脹;它們的特性能被調(diào)整以滿足特定的應(yīng)用。CFRP 廣泛應(yīng)用于機(jī)翼主梁、機(jī)翼和機(jī)身蒙皮。復(fù)合材料由取自塑料基質(zhì)的纖維組成,這些纖維還可用于織物造型而無(wú)需任何基質(zhì)。波音 787 夢(mèng)幻客機(jī) 50% 的主要結(jié)構(gòu)(包括機(jī)身和機(jī)翼)由復(fù)合材料制成。
為何這些材料都這么難加工呢?高溫合金和鈦合金的高溫強(qiáng)度意味著在切削溫度下具有高的硬度和剛度,會(huì)對(duì)刀具的切削刃產(chǎn)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(shí)并由于熱導(dǎo)性不佳,這些金屬會(huì)產(chǎn)生更多的熱量,從而使切削溫度達(dá)到很高的水平。隨著材料的高溫強(qiáng)度、韌性和延展性的增加,切屑的折斷變得更困難。加工熱處理合金經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生磨損切削刃的磨粒,還會(huì)引起工件表面中國(guó)金屬加工在線版權(quán)所有硬化,以致難以維持精密公差。加工過(guò)程中會(huì)損壞零件表面的金相完整性,降低疲勞強(qiáng)度。復(fù)合材料中的碳纖維有很好的韌性,導(dǎo)致切削刃迅速變鈍。切削速度使用不當(dāng),會(huì)引起工件剝落和微崩,并形成毛刺。孔加工會(huì)引起高樹(shù)脂含量的普通復(fù)合材料脫層以及高纖維含量的復(fù)合材料開(kāi)裂。對(duì)于疊層(層壓)的復(fù)合材料,在鉆削過(guò)程飛濺出去的金屬切屑可能會(huì)損壞此類復(fù)合材料的表面。
未來(lái)將會(huì)如何呢?激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)迫使設(shè)計(jì)師們迫不及待地尋求更輕、更堅(jiān)固且耐熱與抗蝕性更佳的材料,以使飛機(jī)滿足日益嚴(yán)峻的要求。冶金家、化學(xué)家和塑料工程師致力于研發(fā)可滿足日后需要的材料。從不利的方面說(shuō),幾乎可以肯定,已改善其物理和化學(xué)特性的材料更加難以加工,但這正是山高要著手應(yīng)對(duì)的挑戰(zhàn)。
山高提供一系列關(guān)于高效、高精密銑削、車(chē)削、切削和鉆削航空材料的先進(jìn)刀具解決方案。
帶有CVD 金剛石鍍層的JabroTM 系列銑刀可降低磨損,專用于多層碳纖維和玻璃纖維等復(fù)合材料以及高性能工業(yè)塑料(比如聚醚醚酮 PEEK)以及蜂窩材料的無(wú)毛刺(頂部和底部)加工、側(cè)銑、3D 仿形銑削、銑輪廓和銑槽操作。
對(duì)于加工 Inconel 和其它高溫合金,SecomaxTM PCBN刀具擁有和碳化鎢材料一樣的使用壽命,但其切削速度快 10 倍,從而促使切削長(zhǎng)度有所增加。Secomax CBN170 是全新材質(zhì)等級(jí),其中的晶須陶瓷粘結(jié)劑具有該應(yīng)用領(lǐng)域無(wú)與倫比的切削刃強(qiáng)度。為了擴(kuò)展用于中國(guó)金屬加工在線版權(quán)所有鈦合金和高溫合金(分別是 T 和 M 槽型)的 Seco FeedmaxTM 鉆頭系列,山高已經(jīng)推出一系列帶 CVD 金剛石鍍層的全新整體硬質(zhì)合金鉆頭,適用于對(duì) CFRP 材料進(jìn)行孔加工。憑借其特別研發(fā)的鉆尖幾何角度,能鉆出高質(zhì)量、不脫層的孔,同時(shí)金剛石鍍層還延長(zhǎng)了刀具壽命并提高生產(chǎn)率。此鉆頭系列包括常規(guī)(單一直徑)鉆頭和帶倒角的鉆頭(一體化鉆頭)。