什么刀具适合加工铝基碳化硅

李从悠 https://jbk.familydoctor.com.cn/bjbdfyy_ys_8050/

随着现代科学技术的迅猛发展,各行各业尤其是能源、汽车、高铁、航空航天、军事等领域对材料的力学性能、机械性能以及物理性能等要求越来越高,一方面希望材料的性能可以越来越好,另一方面又希望材料能够做到越来越轻质,铝基碳化硅作为现代新型复合材料,凭借优异的性能优势在各大行业广泛应用,具体介绍如下。

铝基碳化硅的优势:

铝碳化硅(AlSiC)是将金属的高导热性与陶瓷的低热膨胀性相结合,能满足多功能特性及设计要求,密度是钢的1/3,强度比纯铝和中碳钢都高,具有高导热、高耐磨、低膨胀、高刚度、低密度、低成本等综合优异性能。下图是铝基碳化硅的微观界面。

铝基碳化硅

铝基碳化硅的应用领域:

(1)战斗机的腹鳍应用

将粉末冶金法制备的碳化硅颗粒增强铝基复合材料用于战斗机的腹鳍,代替了原有的铝合金蒙皮,刚度提高50%,使寿命由原来的数百小时提高到设计的全寿命h,寿命提高幅度达17倍。

(2)直升机上的应用

该种材料制造的直升机旋翼系统连接用模锻件(桨毂夹板及袖套),已成功地用于新型直升机。其应用效果为:与铝合金相比,构件的刚度提高约30%,寿命提高约5%;与钛合金相比,构件重量下降约25%。

(3)电子封装及热控元件应用

替代包铜的钼及包铜的殷钢作为印刷电路板板芯,取得了减重70%的显著效果。由于此种材料的导热率可高达W(m·K),从而降低了电子模块的工作温度,减少了冷却的需要。

(4)航天光学仪表材料的应用

替代铍材用作惯性并被誉为“第三代航空航天惯性器件材料”。已被正式用于美国某型号惯性环形激光陀螺制导系统,并已形成美国的国军标(MILM)。此外,还替代铍材被成功地用于三叉戟导弹的惯性导向球及其惯性测量单元(IMU)的检查口盖,并取得比铍材的成本低三分之二的效果。

(5)高铁行业

铝碳化硅IGBT基板是高铁上必不可少的零件。铝基碳化硅是理想的功率电子基板材料和衬底材料,与电子芯片焊接后可实现良好工作匹配。

铝基碳化硅的应用领域

铝基碳化硅的刀具选择:

铝基碳化硅复合材料具有硬脆的特性。刀具材质的选择对刀具的寿命、加工效率、加工质量和加工成本等影响很大。刀具在切削时会承受高温、高压、磨损以及冲击等作用;因此,加工铝基碳化硅过程中,刀具应具有以下基本性能才可以成为适合加工铝基碳化硅的刀具。

(1)高硬度和高耐磨性:刀具材料硬度必须高于工件材料硬度,刀具材料越硬,耐磨性也越好。目前PCD刀具是加工非金属材料硬度最高的刀具,如CDW材质硬度HV,加工HV的体积分数为50%铝基碳化硅完全没有问题。

(2)高强度和韧性:加工过程中,刀具必须要有较好的强度以及韧性,以便承受切削力和冲击载荷。PCD刀具的抗压强度优于高速钢、硬质合金等刀具。

(3)高耐热性和良好的散热性:刀具材料应有较高的耐热性,承受高的切削温度,且高温下不被氧化。CDW材质PCD刀具的导热系数为W/mk,是硬质合金的1.5-9倍,甚至高于PCBN和铜。同时热膨胀系数仅为0.9×10-6~1.18×10-6,仅相当于硬质合金的1/5。

(4)较好的工艺性和经济性:刀具材料应有较好的加工性能和较高的性价比,PCD刀具属于人造金刚石,成本低,经济性好,同时可制作成不同结构的刀具,如CDW材质PCD铣刀,PCD钻头,PCD铰刀,PCD车刀、PCD槽刀等。

地PCD刀具作为人造金刚石,最硬的切削刀具,相比硬质合金刀具,PCD刀具具备更长的刀具使用寿命,保证铝基碳化硅零件较高的表面质量和尺寸精度。同时CDW材质、CDW材质等PCD刀具在加工铝基碳化硅零件过程中也要考虑机床的因素,要选择机床刚性较好的机床,才能更好地满足铝基碳化硅的加工要求。

PCD刀具切削铝基碳化硅的示意图CDW材质PCD铣刀CDW材质PCD铣刀CDW材质PCD钻头


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