飛機設(shè)計的發展與(yǔ)全新材料(liào)的發展齊頭並進(jìn)。因此(cǐ),現在的飛(fēi)機能飛得更遠、更(gèng)快,載重量更大。與(yǔ)此同時(shí),飛機使用更(gèng)少的燃料,這意味著汙(wū)染物排放量更少、成本更低。
有三種難加(jiā)工材料可用於製造(zào)機身、機翼以及起落架和飛機發動機等硬件。它們分別是高溫合金、鈦合金和複合材料。後者包括全新的碳纖維增強塑料 (CFRP) 和較新的玻璃(lí)纖維增(zēng)強塑料 (GRP)。一般情況下,CFRP 和(hé) GRP 已被層壓,或其表麵已金屬化(比如鋁(lǚ)合金)。所有這些整體式(shì)材料和層壓材料(liào)都很難加工。隨著發動機溫度的(de)升高(gāo),發動機效率也相應提高。噴氣式飛機(jī)發(fā)動機的(de)發熱區溫度比以往更高,高溫(wēn)合金(主要是鎳基和鈷基合金)依(yī)然保(bǎo)持優異的機械和(hé)化學特性。與鋼件組件相比(bǐ),高溫合(hé)金零件的尺寸(cùn)更小,且重量更輕。發動機重量每減(jiǎn)少一公(gōng)斤,就意味著(zhe)在發動機服役(yì)期(qī)間可減少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重量比和優異的抗蝕性能。它(tā)們的強度與鋼件(jiàn)相當,但重(chóng)量(liàng)僅有鋼的(de) 40%;它們的強度(dù)是鋁合金的兩倍(bèi),但重量僅比鋁高 60%。從 20 世紀 50 年代開始,市場上可供應的輕合金明顯無法滿足機身和發(fā)動機(jī)零件越發困難的要求,這(zhè)使(shǐ)得(dé)鈦合金的重要性日益顯(xiǎn)著。
據預(yù)測,鈦合(hé)金(jīn)越來越廣泛地應用於(yú)結構零件、起落架和其它硬件設備。複合材料(主要是 CFRP)在飛(fēi)機中的應用也越來越普遍了。它(tā)們具備高的強度重(chóng)量比、良好(hǎo)的(de)抗蝕性能和(hé)低的熱膨脹;它們的特性能被調整(zhěng)以滿足特定的應用。CFRP 廣泛應用於機翼主梁、機翼和機身蒙(méng)皮。複合材料由取自塑料基質的纖維組成,這些纖(xiān)維還可用於織物造型而(ér)無需任何基質。波音 787 夢幻客機 50% 的主要結構(包括機身和機翼)由複合(hé)材料製成。
為何這些(xiē)材料都這麽難(nán)加(jiā)工呢?高溫合金(jīn)和鈦合金的(de)高溫強(qiáng)度意味(wèi)著在切削溫度下具有高的硬度和剛度,會對刀具的切削刃產生更大的切削力,從而導致切削刃的微崩(bēng)和變形。在(zài)彎(wān)曲(在形成切屑期間)時並由於熱導性(xìng)不(bú)佳,這些金屬會產生更(gèng)多的熱量,從而使切削溫度達到很高的水平。隨著材料的高(gāo)溫強度、韌性和延展性的增加,切屑的折(shé)斷變得更困難。加工熱處理合金經常會產(chǎn)生磨損切削刃的磨粒,還會引(yǐn)起工件表麵硬化(huà),以致難以維持精密公(gōng)差。加工過程中會損壞零件表(biǎo)麵的金相完整性,降低疲(pí)勞強度。複合材料中的(de)碳纖維有很好的韌性,導致切削刃(rèn)迅速變鈍(dùn)。切削速(sù)度使用不(bú)當,會引起工件剝落和(hé)微崩,並形成毛刺。孔加工會(huì)引起高樹脂(zhī)含量的普通複合材料脫層以及高纖維含量的複合材料(liào)開裂。對於疊層(層壓)的複合(hé)材料,在鑽削(xuē)過程飛濺出去的金屬切屑可能會損壞此類複合材料的表麵。
未來將會(huì)如何呢?激烈的市場競爭迫使設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材料,以使飛機滿足日益嚴峻的(de)要求。冶金家、化學家和塑料工程師致力於研發可滿(mǎn)足日後(hòu)需要的材(cái)料。從不利的(de)方麵說(shuō),幾乎可以肯(kěn)定,已改善其物理和化學特性的材料更加難以加工(gōng),但(dàn)這正是(shì)山高要著手應(yīng)對的挑戰(zhàn)。
山高(gāo)提供一(yī)係列關於(yú)高效(xiào)、高精密銑削、車削、切削和鑽(zuàn)削航空材料的先進刀具(jù)解決方案。
帶有CVD 金剛石鍍層的JabroTM 係列(liè)銑刀可降低磨損,專用於多(duō)層碳(tàn)纖維和(hé)玻璃纖維等複合材料以及高性能工業塑料(比如聚醚醚酮(tóng) PEEK)以及(jí)蜂窩材料的無毛刺(頂部和底部)加工、側銑、3D 仿形(xíng)銑削、銑輪(lún)廓和銑(xǐ)槽操作。
對於加工 Inconel 和其它高溫合金,SecomaxTM PCBN刀具擁有和碳(tàn)化鎢材料一樣的使用壽(shòu)命,但其切削速度快 10 倍,從而促使切(qiē)削長度有所增加。Secomax CBN170 是全新材質等級,其中(zhōng)的晶須陶瓷粘結劑具有該應用領域無與倫比的切削(xuē)刃強度。為了擴展用於鈦合金和高溫合金(jīn)(分別是 T 和(hé) M 槽型)的 Seco FeedmaxTM 鑽頭係列,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(tóu),適(shì)用於對 CFRP 材(cái)料(liào)進行孔加(jiā)工。憑借其特別研發的鑽尖幾何角度,能鑽出高質量、不脫層的孔(kǒng),同時金(jīn)剛石鍍層(céng)還延長了刀具(jù)壽命並提高生產率。此鑽頭係列包括常規(單一直徑(jìng))鑽頭和(hé)帶倒角的鑽頭(一體化鑽頭)。
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