航空航天最新难加工材料加工刀具

黛杰公司继2002年在全球推出第一个“比梦”系列整体烧结金刚石钻头之后，又陆续推出和扩展了“比梦”端铣刀、球头铣刀和镗刀等系列。作为加工上述超难材料的最佳刀具材料供应商，公司在刀具的几何构造、运用领域及其使用寿命方面取得了突破性的进展。

随着航空器的起飞重量和续航距离要求的不断提高，对结构材料的高强度、低比重化的要求不断加强，CFRP（碳纤维强化塑料）、KFRP（纤铁维强化塑料）、MMC（金属基复合材料）的运用日益广泛。对于航空航天飞行器而言，超耐磨、耐高温是其结构造材料的最基本要求，而碳材陶瓷材料可以很好地满足要求。但上述这些新材料的切削加工一直以来是困扰制造现场的一大难题。黛杰公司继 2002 年在全球推出第一个“比梦”系列整体烧结金刚石钻头之后，又陆续推出和扩展了“比梦”端铣刀、球头铣刀和镗刀等系列。作为加工上述超难材料的最佳刀具材料供应商，公司在刀具的几何构造、运用领域及其使用寿命方面取得了突破性的进展。以下结合部分加工实例进行介绍。

整体烧结金刚石刀具“比梦”系列的性能及其制造方法

金刚石是自然界存在的物质中硬度最高的。天然金刚石一般在非金属和非金属的加工中显示出极优的性能。但因其资源稀少而昂贵，加之单结晶性能的异向性，它作为切削工具很难得到普及。针对这些缺点，用人造金刚石颗粒通过添加Co、硬质合金、Ni-Cr、Si-SiC以及陶瓷结合剂在高温（1200℃以上）高压（3.5～5GPa）下烧结成形的PCD工具，使其得到广泛的使用。金刚石刀具与铁系金属有极强的亲和力，在切削中其碳元素极易发生扩散而导致刀具磨损。但它与其他材料的亲和力很低，切削中不易产生粘刀现象，切削刃口可以磨得非常锋利。所以在铁系金属以外的切削中，能得到高精度、高光亮的加工面，特别是PCD刀具消除了金刚石的性能异向性，使其在高精加工领域中得以广泛普及。然而，传统的加工工艺只能生产平板PCD基材，在制作刀具时，将PCD平板基材用线切割切成小片之后，依靠焊接将烧结金刚石（PCD）放置于刃口部位。而“比梦”系列作为当今世界上最先进的刀具，在其制造工艺有非常独到和新奇之处。用“比梦”钻进行加工，由于金刚石与基体硬质合金的结合强度极高，因此不存在脱焊的问题；可制作小直径刀具；刃口锋利，螺旋角30°；重磨后，刃口几何形状不会发生改变，加工性能理论上不会发生变化。而传统的焊接型PCD产品由于通过焊接，因此金刚石结合强度低，有可能出现脱焊现象；无法制作小直径刀具；端刃焊缝上粘附材料（焊接）；中心刃部磨损快（中心部无法做成 PCD）；金刚石刃口较钝，无法形成螺旋形。

“比梦”钻特点及加工实例

整体烧结金刚石钻头直径从φ0.4起，螺旋角30°，金刚石螺旋刃，这种钻头与焊接金刚石钻头不可同日而语，是高速加工当之无愧的首选，是真正适用于加工玻璃、陶瓷（器）的“金刚钻”。“比梦”钻具有如下特点：
(1) 与传统的金刚石钻头相比，因为整体烧结成形，所以可进行理想的高速加工；
(2) 刃部强度极高，不会产生金刚石脱落现象；
(3) 加工面精度高，粗糙度佳；
(4) 切屑排出极其顺畅；
(5)金刚石刃部呈螺旋状，故重磨后刃部几何形状无变化，刀具寿命、切削性能理论上与新品相同。“比梦”钻可用于加工铝合金、镁合金、MMC( 金属基复合材料 )、金属分子复合材料、CFRP( 碳纤维强化树脂)、石墨、碳材、粉末冶金成形材、铂、单晶硅、石英等材料，并可进行烧结陶瓷，陶瓷的压粉体，硬质合金的压粉体，半烧结体等的孔加工。

“比梦”端铣刀

nextpage从以下的加工事例中可以看出“比梦”钻在难加工材料加工中有无与伦比的优势与性能。

（1）加工MMC复合材料。
用“比梦”VN-DTD-103刀具在试验板材上加工螺纹底孔。切削条件为：主轴转速1200r/min，切削速度 38m/min，进给速度0.1mm/r，加工深度25mm，孔状态为通孔，冷却液状态为湿式、水溶性。切削结果为：加工数100孔，切削长2500mm，孔精度为良，刃口状态为可继续加工，刀具的钻头肩部有磨损，孔出口有毛刺。通过加工可得出，“比梦”钻加工此类材质是一般硬质合金钻头的50倍，相当于金刚石涂层寿命的3倍以上。

（2）加工CFRP材料。
用“比梦”VN-DRD-022刀具加工CFRP材质的飞机蒙皮。切削条件：主轴转速1200r/min，切削速度48m/min，进给速度0.1mm/r，加工深度8mm，冷却液状态为干式，并使用立式加工中心机床。切削结果为：加工数 13000孔，切削长104mm，孔精度为良，刃口有一定磨耗，孔内壁分层，孔口起毛。在加工中发现，由于涂层脱落，金刚石涂层钻的使用寿命缩短，但使用“比梦”钻，在同等条件下刀具寿命是金刚石涂层刀具的6倍。

（3）加工陶瓷材质材料。
用“比梦”VN-DRD-020刀具来加工陶瓷材质的某航天产品零件。切削条件：主轴转速3000r/min，切削速度19m/min，进给速度5mm/r（分步进给，每步进给0.05mm），加工深度3mm，孔状态为通孔，冷却液状态为湿式、水溶性。切削结果为：加工数1000孔，切削长3000mm，孔精度为良，刃口状态为后刀面磨损。通过加工可得出，虽然“比梦”钻悬长大，刚性较弱，但是与电镀磨棒相比，孔径稳定得多，并且出口处的裂纹也要少很多。

“比梦”铣刀特点及加工实例

继“比梦”钻风靡世界后，公司又推出整体烧结金刚石端铣刀——“比梦”铣刀。凭借数以万计“比梦”钻的生产经验，结合金刚石整体烧结技术的完善，经济性极佳的30°旋整体金刚石端铣刀“比梦”铣，以前所未有的商业化批量生产进入了市场。现已有φ3～φ12通用型标准库存，铝合金、陶瓷、石英等专用型也已陆续登场。

“比梦”铣刀具有以下特点：
（1）烧结金刚石螺旋刃，与传统的直刃焊接型相比，切削力大幅降低；
（2）螺旋金刚石刃，与直刃相比，加工中产生振动的可能性大大降低，表面粗糙度超群；
（3）整体烧结金刚石刃，不存在脱焊问题，超高速切削无所畏惧；
（4）整体金刚石烧结刃，可以达到硬质合金及金刚石涂层的数十倍使用寿命，可以稳定长寿命加工硬质合金压粉体、CFRP（碳纤维复合材料）、MMC（金属复合材料）、石墨、石英玻璃、陶瓷等难加工材料。
以“比梦”VN-SPE S2-60 端铣刀加工材质为可切削陶瓷的半导体钻模作为加工实例来说明。切削条件为：主轴转速370r/min，切削速度7m/min，进给速度15mm/r（分步进给，每步进给0.05mm），轴向切深5mm，纵向切深0.5mm，冷却液状态为湿式，刃口状态为磨损。通过加工可得出，在一样的加工条件下，用“比梦”端铣刀与金刚石涂层铣刀相比，寿命可提高20倍。

“比梦”球形铣刀

“比梦”球头铣刀及加工实例

“比梦”球头铣刀是世界上首例金刚石与硬质合金整体同时烧结的金刚石球头铣刀，具有如下的特点：
（1）S刃形金刚石铣刀，可实现光滑加工的效果；
（2）R部采用正/负前角各种刃形，或注重刀尖强度，或增加刃口的锋利度来满足各种材料、各种加工用途的需求；
（3）采用整体烧结，即使高速加工，也不会发生脱焊现象。

以“比梦”VN-DBS2-D60球头铣刀加工碳化硅材质作为加工实例来说明。切削条件为：主轴转速1000r/min，切削速度20m/min，进给速度96mm/min，加工深度0.2mm，轴向切深0～2mm，径向切深0.1mm，冷却液状态为湿式，面精度良好，刃口状态为后刀面磨损。通过加工可得出，一般金刚石涂层球刀片一接触零件就会发生崩刃，根本无法使用。而“比梦”球头铣刀与金刚石涂层球头铣刀相比，效果极其明显。