金剛石塗層延長刀具使用壽命

   時間:2014-03-11 13:57:32
金剛石塗層延長刀具使用壽命簡介
      空客A380型飛機擁有555個座位,是一種新型的頂級客機。它不僅是採用高科技材料研製而成,而且其生產工藝也達到了目前的最新水平。由於生產工……
金剛石塗層延長刀具使用壽命正文
空客A380型飛機擁有555個座位,是一種新型的頂級客機。它不僅是採用高科技材料研製而成,而且其生產工藝也達到了目前的最新水平。由於生產工具得到了優化,空客車間里CFK複合金屬的鑽孔使用壽命可以提高約450%——鑽孔誤差小,毛刺程度也很低。

航空工業的成就是建立在各專業公司之間通力合作的基礎之上的:在加工複合纖維材料時,位於Stade和Hamburg的空客公司由於採用了與多家公司合作研發塗有金剛石塗層的整體硬質金屬鑽頭,從而節省了時間和金錢。在飛機製造業中,較低的製造成本就如同安全性高、使用壽命長以及燃耗小等特點一樣,都是在全球競爭中取得領先的決定性因素,因此設計人員都願意考慮採用輕型材料,如新型的鋁合金材料(AlSi)和碳化纖維加強型塑料。CFK在結構重量上大約佔了新型A380客機的22%。
根據使用目的選擇工具
這種材料對切削加工的要求很高。特別是在Hamburg的A380總裝車間里,對CFK、鋁和鈦等混合材料進行鑽孔時,刀具的磨損程度尤其嚴重。為了能滿足切削任務對刀具壽命和質量的要求,必須對刀具進行優化。對此,空客公司聯繫了工具製造廠商Klenk公司。該公司在一個由Hamburg-Harburg技術大學主持的共同研發項目中,與瑞士硬質金屬專業廠家Extramet公司和塗層專業廠家Cemecon公司共同研發出了相適應的刀具。這些刀具在基材、幾何形狀和塗層方面完全符合使用領域的要求。
A380設有兩層。底層天花板的橫樑為CFK材質,必須與支撐結構即鋁隔板相結合使用。在對這種複合材料進行切削時,如果鑽頭沒有塗層,其壽命則只能鑽出90個孔。在鍍上一種相應的CC-Dia-Fiberspeed塗層材料之後,在最初的切削試驗中就達到了500個鑽孔,而鑽頭或塗層仍然完好。
採用金剛石塗層的刀具,在這種應用場合其使用壽命可以延長大約45%。通過在硬質金屬上優化塗層的附著機理,就可以使鑽頭的圓周磨損程度大大降低。由於更換時間變短,工具購置費用節約潛力大,因此在生產效率得到極大提高的同時,製造質量也相應提高很多。
空客軍用A400M型飛機的機翼需要加工最大達10mm直徑的鉚釘孔,用以對縱梁與機翼表層進行連接。縱梁為縱向輕型筋條結構,可以提高大而扁平部件的剛性。縱梁和機翼表層均採用CFK材質,應在一個加工步驟中一起被鑽孔,因此避免外部材料層脫層或剝落就顯得極為重要。使用未鍍層或用PVD加層的鑽頭時,無法達到空客公司所要求的公差等級為H8的高精度。
CC-Dia系列Diamant-Multilayer金剛石多塗層技術非常有效:通過CFK Paroli塗層鑽頭,可以消除劇烈的磨損現象。此外,金剛石也非常耐受化學侵蝕,這也可以避免工件材料的吸附現象。
延長工具使用壽命提高生產效率
然而,在飛機製造中不是只有Sandwich很重要,鋁材也始終是一種熱門的材料。駕駛艙和機身與承載面之間的過渡段仍然需要整體鋁質部件。空客的目標是要提高這些部位的穩定性,為此,空客公司接洽了工具製造廠商Jabro公司。為了提高銑削流程的穩定性和工具的使用壽命以及生產效率,Jabro公司與空客Meaulte公司的生產部門進行了非常緊密的合作。
共同研發出來的刀具被用於空客公司的生產中。在最初的測試之後得出結論:鋁材吸附的結果是使得力矩在銑削過程中不斷變大。這種吸附會影響到被切削材料的結構,從而會對工具的使用壽命帶來不良的影響。因此做出了如下的要求:刀具的使用壽命應延長一倍,以便提高生產效率,並達到穩定的生產流程。
Cemecon公司為Seco Jabro-VHM銑刀研發出特別適宜的Mega-T塗層技術。對刀具的預處理也做了詳盡的考察,並開發出一種可以降低鋁材吸附程度的工藝。同樣,空客公司車間內部的刀具傳送作業也得到了優化,以達到生產流程的最高精確度。

來源:MM現代製造

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