３２ 工具技术 不同涂层的硬质合金菱齿立铣刀铣削ＣＦＲＰ的性能研究 鄢国洪 厦门金鹭特种合金有限公司 摘要：碳纤维复合材料（ＣＦＲＰ）是典型的难加工材料，工件加工表面质量差、刀具寿命短是最突出问题。硬质 合金菱齿立铣刀每个刀齿上均有右旋刃和左旋刃，在铣削ＣＦＲＰ时能有效抑制工件表面毛刺、撕裂等现象的发生， 解决了工件加工表面质量差的问题。铣削ＣＦＲＰ时，如何提高刀具使用寿命是非常急迫的问题。本文选用不同涂 层的硬质合金菱齿立铣刀在相同切削条件下对ＣＦＲＰ进行铣削加工，对工件加工表面质量、刀具寿命和刀具磨损 进行分析，旨在找到铣削加工ＣＦＲＰ合适的硬质合金刀具，更好地解决ＣＦＲＰ的切削加工难题。 关键词：碳纤维复合材料；菱齿立铣刀；加工表面质量；金刚石涂层 中图分类号：ＴＧ１７８；ＴＧ７１４ 文献标志码：Ａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｍｉｌｌｉｎｇ Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ・ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ、 ｔｈ Ｄｉｆｅｒｅｎｔ Ｃｏａｔｅｄ Ｆｉｎｅ．ｃｒｏｓｓ．ｎｉｃｋ Ｒｏｕｔｅｒ Ｙａｎ Ｇｕｏｈｏｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ—ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃｓ（ＣＦＲＰ）ｉｓ ａ ｔｙｐｉｃａｌ ｋｉｎｄ ｏｆ ｍａｔｅｒｉｌａ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｄｉｆｉｆｃｕｌｔ ｔｏ ｃｕｔ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｏｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅｓ ａｎｄ ｓｈｏｒｔ ｔｏｏｌ ｌｉｆｅ ａｒｅ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｐｒｏｍｉｎｅｎｔ ｐｒｏｂｌｅｍｓ．Ｔｈｅ ｃａｒｂｉｄｅ ｆｉｎｅ—ｃｒｏｓｓ・ｎｉｃｋ ｒｏｕｔｅｒ ｃａｎ ｉｎｈｉｂｉｔ ｂｕｒｒｓ ａｎｄ ｄｉｌａｃｅｒａｔｉｏｎｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｗｈｉｌｅ ｍｉｌｌｉｎｇ ＣＦＲＰ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｉｇｈｔ－－ｈａｎｄｅｄ ａｎｄ ｌｅｆｔ・－ｈａｎｄｅｄ ｂｌａｄｅ ｏｎ ｅａｃｈ ｏｆ ｉｔｓ ｃｕｔｔｅｒ ｔｏｏｔｈ．Ｉｔ ｃａｎ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｐｏｏｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅｓ．Ｗｈｅｎ ｍｉｌｌｉｎｇ ＣＦＲＰ，ｈｏｗ ｔｏ ｉｍ— ｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｔｏｏｌ ｌｉｆｅ ｉｓ ａｌｓｏ ａ ｖｅｒｙ ｕｒｇｅｎｔ ｉｓｓｕｅ．Ｆｏｒ ｔｈｅ ｓａｋｅ ｏｆ ｆｉｎｄｉｎｇ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｔｏｏｌｓ，ｔｈｒｅｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｃａｒｂｉｄｅ ｉｆｎｅ—ｃｒｏｓｓ—ｎｉｃｋ ｒｏｕｔｅｒ ｗｅｒｅ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｔｏ ｍｉｌｌｉｎｇ ＣＦＲＰ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ ｑｕａｌｉｔｙ，ｔｏｏｌ ｌｉｆｅ ａｎｄ ｔｏｏｌ ｗｅａｒ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｉｔ ｗｉｌｌ ｂｅ ｕｓｅｆｕｌ ｆｏｒ ｓｏｌｖｉｎｇ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｏｂｌｅｍ ｗｈｉｌｅ ｍｉｌｌｉｎｇ ＣＦＲＰ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｒｂｏｎ ｉｆｂｅｒ—ｒｅｉｆｏｒｎｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃｓ（ＣＦＲＰ）；ｉｆｎｅ—ｃｒｏｓｓ・ｎｉｃｋ ｒｏｕｔｅｒ；ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ ｑｕａｌｉｔｙ；ｄｉａｍｏｎｄ ｃｏａｔ— ｉｎｇ １ 引言 碳纤维复合材料（ＣＦＲＰ）是由树脂基体和碳纤 维增强相混合压制而成的新型结构复合材料，具有 合材料的铣削试验，研究了切削速度、纤维方向等对 材料加工质量的影响；韩胜超等 采用瞬时刚性力 模型，对多齿铣刀侧铣多层ＣＦＲＰ材料的加工过程 进行铣削力的建模与仿真，分析了多齿铣刀特有的 几何结构对切削力的影响，为铣削参数优化和刀具 比强度高、比模量大、抗疲劳性和耐热性好等优异性 能，被广泛应用于航空航天、汽车制造、风力发电及 体育用品领域ｎ］。由于ＣＦＲＰ是采用多向铺层的叠 层工艺方式制作成型，该制作方式造成了ＣＦＲＰ的 力学性能呈各向异性，层间结合强度较低。当切削 力大于碳纤维层间结合力时容易产生分层、毛刺和 结构优化提供理论基础。但目前国内外针对ＣＦＲＰ 加工专用铣刀的切削性能以及相匹配刀具涂层方面 的研究文献并不多见。 基于专用硬质合金菱齿立铣刀铣削ＣＦＲＰ的原 理，选用未涂层、ＴｉＡ１ＣｒＮ／ＴｉＳｉＮ涂层和金刚石涂层 三种硬质合金菱齿立铣刀，在相同切削条件下对 撕裂等质量缺陷，同时加工中形成的高硬度碳纤维 粉末状切屑也会对刀具产生严重的磨损，是典型的 难加工材料 。 ＣＦＲＰ进行铣削加工。通过对工件加工表面质量、 刀具寿命和刀具磨损的分析研究，探讨了不同涂层 近年来，国内外学者针对碳纤维复合材料的铣 硬质合金菱齿立铣刀铣削碳纤维复合材料的切削性 能，为加工ＣＦＲＰ选择合适刀具提供依据。 削加工开展了很多研究。Ｄｅｖｉ Ｋａｌｌａ等 使用圆柱 双刃铣刀铣削多向铺层复合材料，建立了铣削力的 预测模型；Ｏｌｉｖｅｒ Ｐｅｃａｔ等 用盘铣刀进行碳纤维复 基金项目：福建省科技重大专项专题资助项目（２０１２ＨＺ０００１－１） 收稿日期：２０１５年６月 ２新型菱齿立铣刀铣削ＣＦＲＰ的原理 分析 图１所示为普通右旋立铣刀铣削ＣＦＲＰ的加工 示意图。由于刀具右旋螺旋角的存在，铣削过程中
