金属基复合材料除了和树脂基复合材料同样具有高强度、高模量外,它能耐高温,同时不燃、不吸潮、导热导电性好、抗辐射。是令人注目的航空航天用高温材料,可用作飞机涡轮发动机和火箭发动机热区和超音速飞机的表面材料。

金属基复合材料按金属或合金基体不同,可分为铝基复合材料、镁基复合材料、钛基复合材料、镍基复合材料、铜基复合材料、高温合金基复合材料、金属间化合物基以及难熔金属基复合材料等。

金属基复合材料的切削加工工序有:车削,铣削,铰削,钻孔,切割等,具体切削加工过程中,选择什么刀片更合适呢?且看正文。

金属基复合材料的性能特点

铝及其合金都适于作金属基复合材料的基体,铝基复合材料的增强物可以是连续的纤维,也可以是短纤维,也可以是从球形到不规则形状的颗粒。目前铝基复合材料增强颗粒材料有SiC、AL2O3、BN等,金属间化合物如Ni-Al,Fe-Al和Ti-Al也被用工作增强颗粒。

铝基金属复合材料的性能取决于基体合金和增强物的特性、含量、分布等。与铝合金相比,铝基复合材料具有许多优良的性能:1、低密度;2、良好的尺寸稳定性;3、强度、模量与塑性;4、耐磨性;5、疲劳与断裂韧性;6、热性能

金属基复合材料的应用

1、在汽车领域的应用

金属基复合材料中的铝基复合材料在汽车工业的应用研究起步较早,如铝基复合材料发动机活塞、颗粒增强铝基复合材料汽车制动盘、颗粒增强铝基复合材料汽车齿轮箱等汽车零部件,使其重量减轻了,而且提高了耐磨性能,噪音明显减小,摩擦散热快;用铝基复合材料制成的汽车齿轮箱在强度和耐磨性方面均比铝合金齿轮箱有明显的提高。铝合金复合材料也可以用来制造刹车转子、刹车活塞、刹车垫板、卡钳等刹车系统元件。铝基复合材料还可用来制造汽车驱动轴、摇臂等汽车零件。

2、在航空航天领域的应用

随着现代科学技术的发展,对材料性能提出了越来越高的要求,特别是航空航天领域要制造轻便灵活、性能优良的飞机、卫星等,因此复合材料的应用占比越来越多,如铝基复合材料,钛基复合材料,镍基复合材料、高温合金基复合材料等。

3、在电子和光学仪器中的应用

铝基复合材料,特别是增强铝基复合材料,由于具有热膨胀系数小、密度低、导热性能好等优点,适合于制造电子器材的衬装材料、散热片等电子器件。在精密仪器和光学仪器的应用研究方面,铝基复合材料用于制造望远镜的支架和副镜等部件。另外铝基复合材料还可以制造惯性导航系统的精密零件、旋转扫描镜、红外观测镜、激光镜、激光陀螺仪、反射镜、镜子底座和光学仪器托架等许多精密仪器和光学仪器。

4、在体育用品上的应用

铝基复合材料可以代替木材及金属材料来制作网球拍、钓鱼竿、高尔夫球杆和滑雪板等。用颗粒增强铝基复合材料制作的自行车链齿轮重量轻、刚度高、不易挠曲变形,性能优于铝合金链齿轮。

切削加工金属基复合材料的刀片材质选择

尽管金属基复合材料可以通过各种少量甚至无切削加工工艺制成不同精度和不同形式的制件,但是对于有较高精度要求的工件,切削加工仍是不可避免的。由于金属基复合材料中的增强相具有极大的研磨性,传统的刀具材料如高速钢和硬质合金,已经不能满足切削加工金属基复合材料的切削加工、特别是精加工的要求。

最近几年,世界各工业发达国家及国内各大公司争相发展新型聚晶金刚石刀具材料,以解决金属基复合材料的切削加工难题。其中最具有代表性的是郑州华菱超硬公司研发的CDW010材质、CDW025材质和CDW302材质等系列聚晶金刚石(PCD)刀片材料,一般情况下,颗粒越粗,刀具的耐磨性能越好。

CDW010材质、CDW025材质和CDW302材质属于人工合成的聚晶金刚石(PCD)刀片,所谓的聚晶PCD刀片就是由天然或人工合成的金刚石粉末与结合剂(其中含钴、镍等金属)按一定比例在高温(1000~2000℃)、高压(5~10万个大气压)下烧结而成。

华菱超硬金刚石(PCD)刀片切削加工金属基复合材料的优势

正确选择刀具材料和切削用量,才能保证金属基复合材料的加工质量和较高的加工效率,华菱超硬金刚石(PCD)刀片加工金属基复合材料的优势如下:

1、刀具寿命长

华菱超硬PCD刀具(图1)和金刚石涂层刀具加工金属基复合材料,平均刀具耐用度是其他刀具材料的50-100倍,而且,当其他刀具材料磨损急剧增加时,华菱超硬PCD刀具和金刚石涂层刀具的磨损率仍然保持稳定不变。

2、加工表面光洁度好

积屑瘤和增强相是影响金属基复合材料加工表面粗糙度的两个主要因素,积屑瘤在切削过程中会促进鳞刺生成,从而会使表面加工质量降低,而华菱超硬金刚石涂层刀具相比其他刀具,积屑瘤的情况非常少,获得的加工表面粗糙度Ra最小,光洁度也最好。

金刚石涂层刀具(图2)的金刚石镀层实际上是一系列金刚石薄膜按沉积顺序的堆砌,刃口外凸的金刚石颗粒容易在高硬度增加相和硅相的不连续冲击下产生裂纹,当裂纹扩展到一定程度就可能造成20-50微米宽的崩裂带,这个狭长的崩裂带一旦形成,就像负倒棱一样大大增加了刃口强度,阻止了崩裂带的进一步发展,所以金刚石涂层刀具不仅刀具耐用度高,而且比其他刀具材料更容易获得高质量的加工表面。