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介紹了對小直徑薄壁不銹鋼細長管內表面進行脈衝電化學拋光的基本方法,初步分析了脈衝參數、工件移動速度等對拋光質量的影響,與直流電作用下的電化學拋光相比,獲得了較好的加工效果.

以製作心血管擴張支架的冷拉薄壁不銹鋼管材(1Cr18Ni9,內徑Ø2mm,壁厚o.1mm,長度60~80mm)為對象,採用常規的H2PO4電解拋光液對小直徑細長薄壁不銹鋼管內壁進行了脈衝電化學拋光實驗研究,取得了較好的效果。

1 實驗過程

電化學拋光加工通常是在靜止或一定攪拌狀態下的電解拋光液中進行的,工件陽極和工具陰極相對靜止,兩極間施加直流電,極間距較大,一般在100mm左右,陰極面積等於或大於陽極被拋光區域面積,被加工面多為外表面。 對細長孔內表面進行電化學拋光實驗時,工件外表面非加工部位用塑料帶纏繞絕緣,陰極為Ø1mm的鉛絲,從孔中穿過,並與內孔對中。 與大多數外表面拋光相比,陰極面積明顯小於被加工區域面積,極間距也小得多,僅為0.5mm,且孔內環形空間小,所能容納的電解拋光液也很少。 為了減少或消除極間電解液的濃差極化,有利於電解熱和氣體等電解產物及時排出,維持拋光過程穩定,保持拋光質量,同時,為了簡化裝置,實驗採用矩形波脈衝電流進行電化學拋光加工,工件陽極在低速電機帶動下,通過絲槓螺母機構驅動,相對陰極以一定速度左右往復移動。 基本裝置如附圖所示。 基本工藝參數如下:
1.電解槽2.陰極絲3.工件4.拋光液5.硬塑張緊架6.工件夾持架7.連接桿8.螺母9.絲槓10.軸承11.聯軸器12.電機13.導流套 附圖拋光裝置示意圖
工件往復平移速度v=10mm/s
極間距δ=0.5mm
極間電壓V=3~22V
脈衝電流波形為矩形波
脈衝峰值電流密度ip=0.5~0.9A/cm2
脈衝間隔t0=2~50ms
脈衝寬度t1=2、6、10ms
佔空比為1~1/5
電解拋光液溫度T=30~60℃
電解拋光液成分為(45%~55%)H3PO4+(15%~25%)H2SO4+H2O+3%添加劑A+2%添加劑B
拋光時間為10~15min



 實驗結果與分析

在上述工藝參數範圍內,實驗採用同一種電化學拋光液,並在相同的溫度和電流密度下,分別在如下4種條件下進行電化學拋光的對比實驗:
  1. 直流電作用:
  2. 直流電作用,同時工件相對陰極以一定速度往復移動:
  3. 脈衝電流作用:
  4. 脈衝電流作用,工件同時相對陰極以一定速度往復移動。
從實驗結果來看,在條件①下進行拋光後,工件內孔表面呈灰色,局部呈光滑色澤,拋光錶面存在浸蝕和點狀破壞,基本上達不到拋光作用。 其原因主要是孔內空間狹窄,極間距過小,產生的氣體、熱量、鹽類等電解產物不能及時被排出,造成電解拋光液局部濃差極化(鹽類局部過飽和) ,氣泡富集,管腔內拋光區溫度明顯高於外部電解拋光液的正常溫度。
在條件②下進行拋光後,工件表面拋光質量有了一定的改進,拋光區小部分呈灰色,大部分呈一定光澤,但光澤不強,整平程度不高,仍達不到加工要求。 其原因是由於工件相對陰極移動,起到電解拋光液流動或攪拌作用,在一定程序上減弱了實驗條件①中的弊端。
在條件③下獲得的實驗結果較好,工件表面呈明亮光澤,且光澤均勻,平整程度較好,基本上達到了拋光要求。 這 主要是由於脈衝電流有規律間歇供電,能有效地影響陽極表面微觀凸起處的溶解過程:在脈衝間歇時間內,間隙通道中的鹽類電解產物、析氣、析熱得以排出,電解 拋光液在很大程度上得以更新,同時,加工間隙中產生同步的析氣壓力波,可促進電解拋光液的擾動,有利於獲得穩定、理想化的加工過程,從而在較大程度上消除 了實驗條件①中的弊端。
在實驗條件④下獲得的結果最好,達到了同等條件下常規外表面電化學拋光的程度:其原因是工件的移動宏觀上進一步改善了拋光條件,與脈衝電流作用相結合,基本上消除了實驗條件①中的弊端。
在 實驗條件④的基礎上,分別採用不同的脈衝電流密度幅值、脈衝寬度及脈衝佔空比進行了進一步實驗,結果表明,脈衝寬度及電流密度幅值越大,脈衝佔空比越小, 所需拋光時間則越短,拋光效率提高,但拋光效果有所降低:反之,脈衝寬度及電流密度幅值越小,脈衝佔空比越大,所需拋光時間則越長,拋光效率隨之下降,而 拋光效果則有所改善,但改善程度不明顯。 兼顧質量與效率,脈衝寬度及電流密度幅值應取大些,而脈衝佔空比小一些為宜。

3 結論

  1. 在電解拋光液狀況一定的條件下,選擇合適的脈衝參數,採用脈衝電流作用與工件(以一定速度相對陰極) 往復移動方式相結合進行小直徑內孔電化學拋光,可獲得與普通外表面電化學拋光加工相同的效果。
  2. 採用脈衝電流拋光,電流效率有所提高,一般經過12min左右,即可獲得光亮如鏡(Ra0.1µm左右)的拋光錶面。 但由於脈衝間隔的存在,與常規直流作用下的電化學拋光相比,總的拋光加工時間有所增長。
  3. 常規的電化學拋光所使用的電解拋光液中含有80%~85% 的酸及氧化劑,而該工藝所用電解拋光液酸度有所降低,酸及氧化劑含量佔70%,其餘為水及少量添加劑,原料易得,成本比一般拋光液降低10% 左右,拋光液比較穩定,可長期使用。

引用出處:

 http://tw.myblog.yahoo.com/lifung-biz/article?mid=4330&prev=-1&next=4329

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  2004年10月24日 (转载)

 

 

 

     我国在20世纪90年代开始重视 高速切削技术的研究,一批高等院校在难加工材料高速切削、先进陶瓷刀具、高速切削机床、直线电机、高速 车铣等技术领域开展了大量研究。到90年代后期,许多企业开始引进国外高速切削机床,在生产中进行了高速切削技术的实际应用。 1.高速切削关键技术与应 用 (1) 高速切削的关键技术 根据1992年国际生产工程研究会(CIRP)年会主题报告的定义,高速切削指切削速度超过传统切削速度5-10倍的切 削加工。因此,根据加工材料的不同和加工方式的不同,高速切削的切削速度范围也不同。高速切削包括高速铣削,高速车削,高速钻孔,高速车铣等,但绝大部分 应用是高速铣削。目前,加工铝合金已达到 2,000-7,500m/min;铸铁为900-5,000m/min;钢为 600-3,000m /min;耐热镍基合金达500m/min;钛合金达150-1,000m/min;纤维增强塑料为 2,000-9,000m/min。 实现高速切 削,必须考虑下列关键技术: 高速切削机床 具有高主轴转速、高动态的进给驱动,大的功率,主轴和床身良好的刚性,优良的吸振特性和隔热性能,快速的 CNC控制性能,可靠的安全防护等等。 高速切削刀具 具有良好的耐磨性和高的强度韧性的先进刀具材料,优良的刀具涂层技术,合理的几何结构参数,高度动 平衡的刀具系统,安全可靠的夹紧方式,高同心度的刀刃精度质量等等。 高速切削工艺 优化的高速加工参数,合适高速切削的加工走刀方式,专门的 CAD/CAM编程策略,充分冷却润滑并具有环保特性的冷却方式等等。 由此可见,高速切削是一项综合技术,企业在购置合适的高速切削机床后,必须根据产 品的材料和结构特点,选择合适的切削刀具,采用最佳的切削工艺,以达到理想的高速加工效果。 (2)高速切削技术的应用领域 高速切削的先进性表现在其适 用领域内,可以应对激烈的市场竞争对效率和成本越来越高的要求;可以满足越来越高的加工质量要求和越来越复杂的三维曲面形状精密加工要求;提供了解决硬材 料、薄壁件加工问题的新方案。 高速切削的应用越来越广泛,如:飞机的蜂窝结构件必须采用高速铣削技术才能保证加工质量,梁、框、壁板等零件加工余量特别 大,高速铣削可提高生产率,发动机的叶片采用高速铣削可解决材料难加工问题,等等;绝大部分模具均适用高速铣削技术,如锻模、压铸模、注塑与吹塑模等,锻 模腔体较浅,刀具寿命较长;压铸模尺寸适中,生产率较高,注塑与吹塑模一般尺寸较小,比较经济。加工模具的石墨电极和铜电极也非常适用高速铣削;高速铣削 也适用于模具的快速原型制造;电子产品中的薄壁结构加工尤其需要高速加工。汽车发动机零件也是高速铣削的应用领域。此外,高速铣削也可用于原型制造。表1 按其技术优点列出了高速铣削的一些应用范围。 ption>表1 高速铣削应用范围ption> 技术优点 应用领域 事例 高去除率 轻合 金、钢和铸铁 航空航天产品、工具、模具制造 高表面质量 精密加工、特殊工件 光学零件、精细零件、旋转压缩机 小切削力 薄壁件 航空航天工业、汽车 工业、家用设备 高激振频率 避共振频率加工 精密机械和光学工业 切屑散热 热敏感工件 精密机械、镁合金加工 2.高速切削刀具 (1)高速切削刀具 材料 高速切削刀具材料主要有硬质合金、涂层刀具、金属陶瓷、陶瓷、立方氮化硼(CBN)和金刚石刀具。高速铣削中最常用的刀具材料是硬质合金、涂层刀具 和金属陶瓷。硬质合金高速铣刀通常采用细晶粒或超细晶粒硬质合金(晶粒尺寸0.2-1μm)。涂层刀具在高速铣削中占很大比例,基体以硬质合金为主,通常 采用多层复合涂层, 如:TiCN+Al2O3+TiN,TiCN+Al2O3,TiCN+Al2O3+HfN,TiN+Al2O3,TiCN,TiB2,TiAlN/TiN 和TiAlN等。金属陶瓷主要有高耐磨性的TiC基金属陶瓷(TiC+Ni/Mo),高韧性 TiC基金属陶瓷(TiC+TaC+WC+Co),增强 型 TiCN基金属陶瓷(TiCN+bC),相比硬质合金改善了刀具的高温性能,适合高速加工合金钢和铸铁。高速车削中陶瓷刀具也是良好的刀具材 料,Al2O3基陶瓷刀具硬度较高,适合高速车削钢件;Si3N4基陶瓷刀具强度和韧性较高,适合高速车削铸铁;Al2O3+Si3N4(Sialon) 复合陶瓷刀具有高的强度和韧性,以及抗热冲击的能力,适合高速切削铸铁和镍基高温合金。必须注意的是刀具材料与工件材料副之间有一个适配性问题,即一种刀 具材料加工某种工件材料时性能良好,但加工另一种工件材料时却不理想,换句话说,不存在一种万能刀具材料可适于所有工件材料的高速加工。这也是高速切削技 术复杂性的一个方面。 (2)高速铣削刀具结构 高速铣削刀具分为整体式和机夹式两类。小直径铣刀一般采用整体式,大直径铣刀采用机夹式。高转速机床对刀 具直径有一定限制,整体式高速铣刀在出厂时经过动平衡检验,比较常用,而机夹式需要在每次装夹刀片后进行动平衡。机床在转速比较低、能提供较大扭矩时可采 用机夹式铣刀。 铣刀节距定义为相邻两个刀齿间的周向距离。短节距意味着较多的刀齿和中等的容屑空间,允许高的金属去除率。一般用于铸铁铣削和中等负荷铣 削钢件,通常作为高速铣刀首选。大节距铣刀齿数较少,容屑空间大,常用于钢的粗加工和精加工,以及容易发生振动的场合。超密节距的容屑空间小,可承受非常 高的进给速度,适合铸铁断续表面加工,铸铁的粗加工和钢件的小切深加工。 图1 HSK热膨胀刀杆 当机床最高转速超过 15,000r/min时,必须 采用HSK高速铣刀刀杆(图1),或其他类似的短柄刀杆。HSK刀杆为过定位结构,提供与机床标准联结,在机床拉力作用下,保证刀杯短锥和端面与机床紧密 配合。 (3)刀具夹紧方式 刀杆夹紧刀具的方式主要有侧固式、弹性夹紧式、液压夹紧式和热装式等。侧固式难以保证刀具动平衡,在高速铣削时不宜采用。热 装式刀杆夹头(图1)的刀孔与刀柄为过盈配合,须采用专用热膨胀装置装卸刀具,一般使用感应加热或热空气加热刀杆,使刀孔直径膨胀,装卸刀具,冷却后孔径 收缩将刀柄紧紧夹住,加工过程中在温度梯度的作用下,刀具会越夹越紧。表2列出了弹性夹紧式、液压夹紧式和热装式刀杆比较,可见热装式是最佳的高速铣削刀 杆结构形式。 ption>表2 三种刀杆夹紧结构比较ption> 弹簧夹头 液压夹头 热装夹头 径向跳动 最好情况 ≤10μm ≍5μm ≍4μm 刚性 良好 中等 优秀 动平衡 良好 良 优秀 操作精度 一般,精度与操作人员有关 较好,精度一致性好,但结构易 损坏 高 成本 正常 较贵 刀杆简单,但初期投资热膨胀装置费用较大 综合 适用高速加工低速段 精度较高时应用 同心度,动平衡和使用简便型最好,适 用更高转速的高速切削 (4)刀具动平衡 当主轴转速超过12,000r/min后,必须考虑刀具动平衡问题,过大的动不平衡引起刀具轴线的偏摆将直接影 响加工表面质量、刀具寿命和机床精度。如二齿刀具若达不到G2.5(动平衡标准),由于两个刀齿在直径方向上尺寸的偏离,表面粗糙度将会随着转速的提高而 增大,在加工表面留下类似于振纹的痕迹,这种振纹的间距刚好等于刀具的每转进给量。因此在选择刀具时,首先应选用经过动平衡的高质量刀杆与刀具,应尽量选 用短而轻刀具,定期检查刀具与刀杆的疲劳裂纹和变形征兆。 刀具动平衡分机外动平衡和机上动平衡两种。机外动平衡需专用机外动平衡机,由动力装置提供旋转 运动,测量出动不平衡的质量和相位,再通过调整平衡环或在特定位置去掉部分材料,使刀具系统达到动平衡标准的要求。机上动平行机则用机床主轴提供旋转运 动,其余与机外动平衡机相同。每种规格的高速机床都会按标准规定动不平衡量,选购整体刀具时必须要求达到动平衡标准,机夹刀具必须经过动平衡后才能适 用。 (5)刀具安全性 高转速情况下会产生很大的离心力,造成两种危险,一是普通弹簧夹头夹紧力会下降,二是大直径刀具可能会破坏,同时,飞溅的切屑和 崩刃具有很高的动能,很可能会造成人身伤害。因此,工艺系统必须有高标准的防护措施。根据试验,不同直径的刀具对应一个破坏转速,因此,在一定的转速范 围,使用刀具的最大直径受到安全性的限制, 图2 高速旋转刀具安全操作标准(DIN 6589-1) 3.高速切削加工方式和加工参数 (1)高速铣削 方式 高速切削的加工方式有许多特点,原则上多采用分层环切加工,顺铣加工刀具寿命较长,而往复铣方式刀具寿命最低。直接垂直向下进刀极易出现崩刃现象, 不宜采用。斜线轨迹进刀方式是逐渐加大轴向切深运动到设定的轴向切深值,铣削力是逐渐加大的,因此对刀具和主轴的冲击比垂直下刀小,可明显减少下刀崩刃的 现象。螺旋式轨迹进刀方式从工件上面开始,螺旋向下切入。由于采用的连续加工的方式,可以比较容易的保证加工精度。而且,由于没有速度突变,可以用较高的 速度进行加工。螺旋进刀最适合型腔高速加工的需要。 (2)高速铣削用量 高速铣削加工用量的确定主要考虑加工效率、加工表面质量、刀具磨损以及加工成 本。不同刀具加工不同工件材料时,加工用量会有很大差异,目前尚无完整的加工数据。通常,随着切削速度的提高,加工效率提高,刀具磨损加剧,除较高的每齿 进给量外,加工表面粗糙度随切削速度提高而降低。对于刀具寿命,每齿进给量和轴向切深均存在最佳值,而且最佳值的范围相对较窄。高速铣削参数一般的选择原 则是高的切削速度,中等的每齿进给量fz,较小的轴向切深ap,适当大的径向切深ae。如加工48-58HRC淬硬钢时,粗加工选 v=100m/min, ap=6%-8%D, ae=35%-40%D,fz=0.05-0.1mm/z,半精加工选v=150-200m /min,ap=3%-4%D,ae=20%-40%D,fz=0.05-0.15mm/z,精加工选v=200-250m /min, ap=0.1-1.2mm, ae=0.1-0.2mm,fz=0.02~0.2mm/z。 铣刀实际参与切削部分的直径称有效直径,铣刀实 际参与切削部分的最大线速度称有效切削速度。(参见图3)。采用球头铣刀加工时,如果轴向铣削深度小于刀具半径,则有效直径将小于铣刀名义直径,有效速度 也将小于名义速度,当采用圆弧铣刀浅切深时也会出现上述情况。在优化加工参数时应按有效直径和有效铣削速度选择: 图3 铣刀的有效直径计 算 deff=2(d•ap-ap2)1/2 b=0 deff=d•sin[b±arecos( d- ap )] d b≠0 veff= 2pn (d•ap-ap2)1/2 1000 b=0 veff= pnd sin[b±arecos( d- ap )] 1000 d b≠0 式中 deff——铣刀有效直径 veff——有效切削速度 d——球头刀具直径 ap——刀具轴向切削深度 b—— 刀具倾角 向前倾b角可延长刀具寿命,一般倾斜15°可提高有效速度,改善刀刃加工条件。 4.高速切削冷却润滑技术 在高速铣削时由于金属去除率和切削 热的增加,切削介质必须具备将切屑快速冲离工件、降低切削热和增加切削界面润滑的能力。常规的切削液及加注方式很难进入加工区域,反而会加大铣刀刃在切入 切出过程的温度变化,产生热疲劳,降低刀具寿命和可靠性。现代刀具材料,如硬质合金、涂层刀具、陶瓷和金属陶瓷、CBN等具有较高的红硬性,如果不能解决 热疲劳问题,可不使用切削液。 在一些特殊情况下要求湿切削时,传统的湿式冷却如乳化液和油类切削液,必须具备较高的压力和流速才能达到高速切削的要求。 但是所产生的污染问题等也更严重,同时也增加了加工成本,目前正逐渐被微量油雾冷却、水雾冷却和高压气体冷却等方式所代替。 微量油雾冷却一方面可以减小 “刀具─切屑─工件”之间的摩擦,另一方面细小的油雾粒子在接触到刀具表面时快速气化的换热效果较冷却液热传导的换热效果方式能带走更多的热量,目前已成 为高速切削首选的冷却介质。 氮气油雾冷却介质在钛合金的高速铣削中取得了很好的效果。氮气油雾冷却介质除具有空气油雾的冷却润滑作用外,还具有抗氧化磨 损等作用,在300m/min的铣削速度时,相比较空气油雾冷却,刀具耐用度提高60%,铣削力可降低20%-30%。 5.高速铁削数控编程 高速铣削 数控编程的特殊要点包括: 尽可能减少程序块,提高程序处理速度。 尽可能减少速度的急剧变化,可在程序段中可加入一些圆弧过渡段。 尽可能减少铣削负荷 的变化,使加工余量尽量控制均匀。 多采用分层铣削。 原则上均采用顺铣方式。 切入和切出尽量采用切向进刀。刀具进入材料尽可能采用连续的螺旋和圆弧轨 迹进行铣削,以保证恒定的切削条件。 粗加工不是简单的去除材料,要注意保证本工序和后续工序加工余量均匀。 充分利用数控系统提供的仿真验证的功能。零 件在加工前必须经过仿真,验证刀位数据的正确性。刀具各部位是否与零件发生干涉。刀具与夹具附件是否发生碰撞,确保产品质量和操作安全。 6.结论 高速 切削是一项先进的、正在发展的综合技术,在航空航天业、模具制造业、汽车制造业等多个领域取得了巨大的社会经济效益。要充分发挥高速切削技术的优势,除必 须具备高速加工机床外,还必须综合应用高速切削刀具技术、高速切削工艺技术,高速切削CAD/CAM技术以及冷却润滑技术。

 

Bewise Inc.   www.tool-tool.com     Reference source from the internet.

引用出處: 

 http://www.molds.cn/html/blog/1370/5031.htm

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弊社の製品の供給調達機能は:

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弊社の全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メーカーに貴方のご体験を御待ちしております。     

Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz. 

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт  www.tool-tool.com  для получения большей информации.

BW is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web  www.tool-tool.com  for more info.

 

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1引言

 从20世纪80年代开始,由于数控机床的主轴、进给系统等功能部件设计制造技术的突破,数控机床的 主轴转速和进给速度均大幅度提高,在现代制造技术全面进步的推动下,切削加工技术开始进入高速切削的新阶段。目前,高速切削已在模具、航空、汽车等制造业 领域得到了大量应用,产生了显著的经济效益,并正向其它应用领域拓展。

 高速切削加工对刀具提出了一系列新的要求。研究表明,高速切削时,造成刀具损坏的主要原因是在切削力和切削温度作用下因机械/machine/摩 擦、粘结、化学磨损、崩刃、破碎以及塑性变形等的引起的磨损和破损。因此,对高速切削刀具材料最主要的性能要求是耐热性、耐磨性、化学稳定性、抗热震性以 及抗涂层破裂性能等。陶瓷、CBN、PCD、金属陶瓷等刀具材料具有良好的耐热性和耐磨性,当其韧性得到改善后,非常适合用于高速切削。先进涂层技术的发 展进一步改善了刀具材料的性能。目前,新型涂层材料和涂层工艺的开发方兴未艾,预示着涂层刀具在高速切削领域将有巨大发展潜力和广阔应用前 景。

 本文对高速切削加工时陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、金刚石刀具、金属陶瓷刀具和涂层刀具的磨损机理进行了综合评述,对刀具的磨损形态和磨损寿命进行了分析, 这些研究将有益于实际生产加工中对高速切削刀具的合理选用与磨损控制。

 2高速切削刀具的磨损形态

 高速切削时,刀具的主要磨损形态为后刀面磨损、微崩刃、边界磨损、片状剥落、前刀面月牙洼磨损、塑性变形等。

 后刀面磨损是高速切削刀具最经常发生的磨损形式,可看作是刀具的正常磨损。后刀面磨损带宽度的加大会使刀具丧失切削性能,在高速切削时常采用后刀面上均匀磨损区宽度VB值作为刀具的磨损极限。

微崩刃是在刀具切削刃上产生的微小缺口,常发生在断续高速切削时,通过选用韧性好的刀具材料、减小进给量、改变刀具主偏角以增加稳定性等措施,均可减小微 崩刃的发生概率。通常只要将刀具微崩刃的大小控制在磨损限度以内,刀具仍可继续切削。

 边界磨损发生在刀具后刀面的刀—工接触边缘处,形状通常为一狭长沟槽,因此也称为沟槽磨损。高速切 削不锈钢、高温合金(如Inconel 718)时刀具容易发生边界磨损,其原因是工件表面的加工硬化使刀—工接触边界的工件材料硬度最高。加工外圆时,刀—工接触边界的切削速度最高,因此也容 易形成边界磨损。此外,用陶瓷刀具高速切削铸铁时也容易发生边界磨损。

 片状剥落多发生在刀具的前、后刀面上,其原因是刀—屑或刀—工接触区的接触疲劳或热应力疲劳所致。 当剥落很小时,被认为是磨损;但在很多情况下,由于疲劳裂纹源距刀具表面具有一定深度,裂纹扩展后所形成的剥落块往往大于刀具的磨损限度,一旦发生剥落, 即可使刀具失效,形成剥落破损。陶瓷刀具端铣钢和铸铁时,前刀面上经常出现贝壳状剥落;涂层刀具因涂层材料与基体材料粘结强度不够也易发生剥 落。

 前刀面月牙洼磨损最常出现在塑性金属的高速切削加工中。塑性变形多发生在切削温度较高而刀具红硬性较差的切削条件下,超硬刀具材料在切削速度很高时也可能发生塑性变形现象。    (4)金属陶瓷刀具

 金属陶瓷(即TiC(N)基硬质合金)的主要成分为TiC(碳化钛)、TiN(氮化钛)和 TiCN(碳氮化钛)等。TiC(N)基硬质合金包括具有高耐磨性的TiC+Ni(或Mo)合金、具有高韧性的TiC+WC+TaC+Co合金、以TiN 为主体的强韧合金和TiCN+NbC高强韧合金等。与WC硬质合金相比,金属陶瓷的硬度、强度、韧性、抗塑性变形和抗崩刃性能等均有显著改善,尤其是高温 强度、高温硬度、导热性、抗氧化性和抗热震性能得到提高,与钢的亲和力小,摩擦系数小,抗月牙洼磨损和抗粘结能力强,现已发展成为独立系列的一类刀具材 料。近年来开发的高氮含量、具有均匀微细硬质组织的TiC(N)基硬质合金具有良好的抗磨损性能和抗崩刃性,适于在200~400m/min的高速下切削 普通钢和合金钢,也可用于铸铁的精加工。由于TiC的抗粘结、抗扩散性能较好,所以耐磨性好,但抗塑性变形能力较差,在对高硬材料进行高速切削时常因刀刃 的塑性变形而导致刀刃损坏。

 (5)涂层刀具

 涂层刀具具有很强的抗氧化性能和抗粘结性能,因而具有良好的耐磨性和抗月牙洼磨损能力。涂层的摩擦 系数较低,能有效降低切削时的切削力及切削温度,因而可大大提高刀具耐用度。TiC涂层的硬度高、耐磨性好,适用于可能产生剧烈磨损的刀具;TiN涂层与 被切削金属的亲和力小、润湿性好、抗氧化性强,适用于容易发生粘结磨损的刀具;Al2O3涂层在高温下具有良好的热稳定性,适用于高速切削时产生大量切削 热的刀具。目前应用较广泛的主要是在硬质合金和高速钢刀体上涂覆不同的氮化物、氧化物和硼化物等,其中氧化铝(Al2O3)、碳氮化钛(TiCN)、氮化 铝钛(TiAlN)、碳氮化铝钛(TiAl-CN)等涂层具有优异的高温性能。WC基、TiC(N)基硬质合金和陶瓷等材料都可作为涂层刀具的基 体。

 涂层技术发展很快,目前已从单涂层发展为多涂层。应用较广泛的涂层工艺有化学气相沉积法(CVD 法)和物理气相沉积法(PVD法)。PVD法主要用于高速钢刀具涂层;CVD法和PVD法均可用于硬质合金刀具涂层。PVD法涂层的硬质合金刀具有较好的 抗破损性能,适于断续切削,但耐磨性不如CVD法涂层的硬质合金刀具。目前适用于高速切削的硬质合金涂层刀具的涂层物质主要有采用CVD法的 TiCN+Al2O3+TiN、TiCN+Al2O3、TiCN+Al2O3+HfN、TiN+Al2O3、TiCN等和采用PVD法的 TiAlN/TiN复合涂层、TiAlN等。选用不同涂层物质的硬质合金涂层刀具可以200~400m/min的切削速度加工钢、合金钢、不锈钢、铸铁、 合金铸铁等。近年来开发的氮化碳(CNx)和其它氮化物(TiN/NbN、TiN/VN等)涂层在高温下具有良好的热稳定性,适合于高速切削。

 日本近年开发的纳米TiN/AlN复合涂层铣刀片的涂层层数达2000层,每层厚度为2.5nm,可在高速下进行切削。涂层刀具用于高速切削时,由于切削 温度较高,可使涂层与基体的结合强度削弱,容易产生剥落、崩碎等损伤。

 4高速切削刀具的磨损寿命

 高速切削时,应根据加工方法和加工要求确定合理的刀具磨损寿命(极限)。影响高速切削刀具磨损寿命 的因素较多,如工件材料与刀具材料的匹配、切削方式、刀具几何形状、切削用量、冷却液、振动等对刀具磨损寿命都有显著影响,其影响规律与具体切削条件有 关,应通过切削试验来确定各相关因素对刀具磨损寿命的影响效应。下面给出几个高速切削加工实例及相应的刀具磨损寿命。



 

Bewise Inc.   www.tool-tool.com     Reference source from the internet.

引用出處: 

 http://www.shicai360.net/info/shownews.asp?newsid=257372

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北京理工大学机械与车辆工程学院    于启勋

 

     在 21世纪未来的岁月里,切削加工仍将是机械加工最主要的方法。其中,刀具材料起着至关重要的作用。刀具材料性能的优劣,直接影响切削加工能否正常进行。为 了保证提高加工效率和加工质量,同时降低加工费用,刀具材料的性能必须优良,并向更高水平发展。     在切削加工中,刀具费用约占加工总费用的5%。加工效率和机床、人工等费用受到刀具工作状况的严重制约。只有在刀具正常工作和运转的情况下,加工 效率才能得到提高,加工总费用才能保持正常或减少;反之,切削加工不能正常进行,甚至被迫停止。本文从加工对象的新要求、有关科学技术的新发展和材料的资 源状况 3个方面,阐述刀具材料新的发展趋势。

 加工对象的新要求推动刀具材料新发展

    刀具材料和工件材料交替发 展,相互促进,是推动切 削加工不断发展进步的历史规律。随着各种机械产品的使用性能不断提高和生产批量的加大,工件材料的机械、物理性能及其加工难度日益提高,高效加工和高速切 削的应用更为广泛,加工精度的要求不断提高。刀具材料必须适应工件材料新品种的出现及其加工新要求向前发展。现就几种主要的工件材料分述于下。 1 黑色金属是最主要的结构材料和加工对象     过去,碳素结构钢用得最多,其加工多在正火或高温调质(淬火,高温回火)状态下进行。屈服强度 σs和抗拉强度σb分别为40~ 50MPa和 60~ 70MPa,硬度约为 HRC20,故加工难度不大。后来随着产品使用性能的不断提高,合金结构钢得到广泛应用,经过中温调质,有些成为高强度钢和超高强度钢。一般来说, σs>800~ 1000MPa和 σb>1000~1200MPa为高强度钢, σs>1200MPa和σb>1500MPa为超高强度钢。高强度钢和超高强度钢调质后的硬度为 35~ 45H RC。高强度钢的合金元素总含量一般不超过6%,有 Cr钢、Cr -Ni钢、Cr-Si钢、Cr-Mo钢、Si-Mn钢、Cr-Mn-Si钢、Cr-Ni -M o钢等,多用于机器中的关键承载零件,如高负荷砂轮轴、高压鼓风机叶片、重要的齿轮与螺栓、发动机曲轴、连杆和花键轴等。超高强度钢分低合金(合金元素总 含量小于6%)、中合金和高合金(合金元素含量多)3种,如飞机大梁、飞机发动机轴件、飞机起落架、某些火箭壳体、部分大炮炮管和炮弹弹体都采用超高强度 钢制造。如35CrMnSiA和40CrNi2Mo是传统的低合金超高强度钢,4Cr5MoVSi属于中合金超高强钢,1Cr12Mn5Ni4Mo3Al 和00Ni18Co8Mo5TiAl为高合金超高强度钢。对高强度钢和超高强度钢进行切削加工,因其强度高,导热性较差钢中还存在一些硬质化合物,故加工 难度较大或很大。       与切削中碳钢(正火状态)相比,切削力需加大 25%~50%,切削温度提高 100℃以上,刀具寿命势必降低。     切削中碳钢行之有效的各种刀具材料,都能够加工高强度钢和超高强度钢,但是为了保持一定的刀具寿命,必须降低切削速度。如果要对高强度钢和超高强 度钢进行高效、高速切削,必须选用性质优良的新型刀具材料。根据笔者多年的工作经验,认为不应选用普通的高速钢和硬质合金,而应选用高性能高速钢、粉末冶 金高速钢、表面涂层高速钢刀具以及添加钽或铌的硬质合金、细晶粒硬质合金和表面涂层硬质金刀具。半精加工和精加工时,也可选用金属陶瓷(TiC基和 TiCN基)和陶瓷(Al 2O3基)。金属陶瓷和 Al2O3基陶瓷的切削效果优于硬质合金。Si3N4基陶瓷切削高强度钢和超高强度钢,效果不好,PCBN刀具切削 HRC45以下的钢材时效果也不够好。研制用于高效切削高强度、超高强度钢的新型PCBN刀具是一项极有意义的工作。     淬硬钢主要用于工具、模具、轴承及其他耐磨件,在淬火和低温回火后,硬度常在HRC60以上,故加工难度很大。P类硬质合金不宜用于切削淬硬钢, 而应当用M类与K类硬质合金,但效率不够高。Al2O3基和Si3N4基的陶瓷切削淬硬钢的效果好于硬质合金,PCBN更好。 2 航空航天工业的主要难加工对象——高温合金与钛合金     高温合金中含有较多的 Ni、Co及W、Mo、Ti、Mn、Si等元素,强度高,塑性大,制成的零件能在高温下长时间工作。钛合金的密度小(重量轻),比强度高,耐高温,耐腐 蚀。这2类合金都在航空、航天、造船工业有广泛的应用,属于难加工材料。高温合金的切削变形和硬化明显,切削力大,切削温度高,工件中有与刀具材料相同或 相近的化学成分(如 Ti、W、Co等),从而使刀具易产生粘结或扩散磨损。     钛合金的切削力虽不大,但切削变形与导热系数特别小,切削刃和刀尖附近温度很高,且钛的化学性能活泼,易与氧、氮等气体化合成为硬、脆物质。加工 高温合金和钛合金应采用高性能高速钢、粉末冶金高温钢、S类和 K类的添加钽铌和细晶粒的硬质合金。涂层高速钢和涂层硬质合金因涂层材料中一般有 Ti元素而不宜使用。Sialon陶瓷可以有效地加工高温合金,PCD金钢石可以有效地加工钛合金。有资料推荐,PCBN刀具能高效加工高温合金,较多的 外国工厂推荐用涂覆 TiAlN的硬质合金加工高温合金,但实践表明尚存在问题。笔者认为,研制适合加工高温合金的 PCBN刀具和涂层硬质合金刀具是刀具材料新发展中的重要任务。人造金刚石刀具能够加工钛合金,也是刀具材料进一步发展的一项内容。 3 新兴的复合材料 复合材料由金属、高分子聚合物和陶瓷 3种材料中任意 2种或多种人工合成,具有重量轻、比强度高、抗疲劳和减振能力强、耐磨性好等优点,近年来已成为航空、航天、汽车、船舶等行业重要的结构材料。复合材料可 分为纤维增强和颗粒增强两大类,以聚合物或金属为基体,增强纤维有碳纤维、玻璃纤维、硼纤维等,增强颗粒多用 SiC。纤维增强复合材料可以用硬质合金刀具加工,但要求刀具切削刃锋利,且耐磨性强,一般首选金刚石为刀具材料。颗粒增强复合材料的颗粒材料极强,加工 难度很大,除超硬刀具材料外,其他刀具材料均难以胜任其加工。这类材料曾因加工困难而使其应用受到限制。研制加工颗粒增强复合材料的金刚石与 PCBN刀具是一项重要任务。

科学技术发展推动刀具材料新发展

    刀具材料应具有良好力学性能,即高硬度、高耐磨和高弹 性模量,并能耐高温,具有较好的韧性。而硬度、耐磨性与韧性之间常有矛盾,前者提高,后者不可避免地会降低。如能使其得到一定程度的兼顾,就能成为性能良 好的刀具材料。改进刀具材料性能通常采用以下几种方法。 1 改进刀具材料的组分     长期以来,刀具材料的主体成分常为C、N或 O的二元化合物,如WC、TiC、Al2O3、Si 3N4等。尚有很多新的二元化合物有待开发用。近年开发出的一些多元化合物,在刀具材料,特别是在刀具表面涂层中得到了应用,如 TiCN、TiAlN、AlTiN、TiCrN、AlCrN、TiAlSiN等,它们的性能优于传统的二元化合物。除此之外,还有金属间化合物可资利用。 新的材料组分需有可行的材料工艺作为保证。 2 添加某些元素或化合物     在基体组分中,添加某些少量的化学元素或化合物,可以提高刀具材料的性能。如在 W C基硬质合金中添加 TaC和 NbC,可以显著提高耐磨性;在硬质合金中添加稀土元素,可以强化其硬质相、粘结相,并能净化晶界,从而提高其韧性;在Al 2O3基陶瓷中添加ZrO2可以增加韧性;在陶瓷中添加 TiB 2可以提高强度与韧性,等等。 3 采用热压工艺     用液压设备,在高于 1500℃的温度和高于 5GPa的压力下,可使石墨转化成金刚石,六方氮化硼转化成立方氮化硼,形成超硬刀具材料。热压设备和工艺尚有待改进,以形成性能更好的 CBN与金刚石。 4 采用表面涂层工艺     在韧性较好的刀具基体上,用涂层工艺涂覆具有高强度、高耐磨、耐高温材料的薄层,使刀具的综合性能得到兼顾,这是提高刀具使用性能的最有效的方 法。     刀具表面涂层工艺分两大类:物理气相沉积(PVD)和化学气化沉积 (CVD)。PVD方法一般用真空等离子镀工艺和真空磁控溅射工艺,用于高速钢和硬质合金刀具的表面涂层。还有直流反应磁控溅射工艺,可涂覆出氮化碳(C xN y)超硬薄膜。CVD方法中包括高温化学气相沉积(HTV CD),工艺温度约为 1000℃;还有等离子体化学气相沉积(PCVD),工艺温度约为 700~800℃。HTVCD和 PCVD多用于硬质合金刀具表面涂层。另有热丝CVD沉积工艺,可以沉积金刚石膜。涂覆金刚石膜和 C xN y膜是重要发展方向并有良好应用前景。     涂层材料以往多用C、N或 O的二元化合物,如 TiC、TiN、Al 2O3等。后发展多层沉积,并使用了新的多元化合物,如 TiCN、TiAlN、TiCrN等。新的涂层材料,其性能优于二元化合物,是重要发展方向,并必将得到广泛应用。 5 采用细化材料结构的工艺     目前,刀具材料晶粒尺寸多为微米级,方向是发展到纳米级。晶粒细化后,能够提高刀具材料的硬度和耐磨性,采取一定措施,还能提高韧性。粉末冶金高 速钢和硬质合金如采用“放电烧结”,可使晶粒细化,并能提高硬度和韧性。另有离子束增强 PVD辅助沉积工艺,可以沉积出纳米级涂层材料。这些都是刀具材料的发展方向。

为节约资源发展新刀具材料

     在现代刀 具材料中,含有多种金属成分和非金属成分。有些在大自然中蕴藏丰富,取之不尽,用之不竭;但也有些储藏量有限,制约着刀具材料的发展。      高速钢和硬质合金是目前用得最多的 2种材料,其成分为W、Mo、Cr、V、Ti、Co等。如传统的钨高速钢 W18Cr4V中含 W达18%,钨钴类硬质合金含 W C92%~97%,钨钛钴类硬质合金合 WC66%~85%,通用类硬质合金含 WC82%~85%,普通高速钢中不含 Co,高性能钴高速钢中含 Co量高达 8%~10%,各类硬质合金中含 C o量为 3~10%。中国 W资源丰富,除本国使用外,还大量出口。全世界使用的 W原料,约 75%~ 80%来自中国。中国 W的蕴藏量尚够用 50年,半个世纪后将发生枯竭。Co的情况与 W不同,中国 Co资源缺少,大部分依赖进口,价格昂贵。故在刀具材料的应用与发展中应十分注意节约 W和 Co,具体建议是: (1)发展钨钼和钼钨高速钢,用Mo代替一部分W。如W6Mo5Cr4V2高速钢中W只占6%,Mo占5%。其使用性能与W18Cr4V相当。 (2)发展无钴或少钴的高性能高速钢。目前中国在这方面已做出了很大贡献。如自行研发的 W6Mo5Cr4V2Al(M2Al)、 W12Mo3Cr4V3N(V3N)和W12M o3Cr4V3Co5Si(C o5Si),都节约了 Co资源,而使用性能均能完全可与美国的知名产品110W1.5Mo9.5Cr4VCo8(M42)相媲美。M42的综合性能很好,但 Co含量高,价格贵,不适合中国国情。 (3)发展金属陶瓷,用 TiCN或TiC作基体,不含 WC或少含 WC,粘结剂用 Ni、Mo。这样就节约了W和 Co。与 WC基硬质合金相比,金属陶瓷的硬度较高,与工件材料之间的摩擦系数较小,耐磨性更强;不足之处是抗弯强度和冲击韧性稍低,故其使用受到一定限制。用 Ni、Mo作粘结剂,可节约Co;若能成功地用Fe作粘结剂,则意义更大。发展金属陶瓷对节约资源有重要意义。 PCBN。在它们的组分中,都没有贵重金属,使用性能常优于硬质合金;唯韧性不足,可加工性不好,在使用上受到限制;另外,由于工艺成本的原因,其价格竞 争力尚不够强。应改变组分,改进工艺,降低价格,使陶瓷和 PCBN刀具进一步推广使用。 (4)发展陶瓷和P C B N。在它们的组分中,都没有贵重金属,使用性能常优于硬质合金;唯韧性不足,可加工性不好,在使用上受到限制;另外,由于工艺成本的原因,其价格竞争力尚 不够强。应改变组分,改进工艺,降低价格,使陶 瓷和PCBN 刀具进一步推广使用。 (5)发展人造金刚石。金刚石的原料并不贵重,且是最硬的刀具材料,可用以代替硬质合金加工高硬的非铁金属和非金属材料,从而节省了W、Wo资源。对有色 金属进行精密切削,更是非金刚石莫属。

结束语

    21世纪刀具材料必定有更快的发展。(1)刀具材 料的发展要适应加工对象的需要,尤其是难加工材料应用的需要。航空、航天工程材料应当处于领头的位置。(2)刀具材料的新发展不断对它们的制造工艺提出新 要求,而制造工艺的进步推动着刀具材料的新发展。(3)刀具材料的发展要考虑资源的储有量,应当优先发展储存量大的刀具材料,节约贵重资源的刀具材料。



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1 前言

纳米改性Ti(C,N)基金属陶瓷与传统Ti(C,N)基金属陶瓷相比,具有优良的综合性能,因而被广泛用作刀具材料。随着制造技术的发展,金属 陶瓷强度和韧性得到不断提高,刀具的抗塑性变形和抗崩刃性能也有所改善;并且,刀具的高温强度和高温硬度、导热性和耐冲击性也都有所提高,使其不仅可用于 钢材和铸铁的精加工,而且可成为粗加工、铣削等断续切削适宜的刀具材料。当前,铣刀的使用量仅次于车刀和钻头,随着数控机床和专用铣床的普及,铣刀的使用 量越来越大。由于铣削过程采用大进给量的倾向日趋加强,因此,加工条件也越来越恶劣,对铣削刀片用刀具材料的稳定性要求越来越高。另外,用于断续铣削的铣 刀与连续切削的车刀相比,铣刀在使用中因承受反复的冲击容易发生脆性破损。为此,研制和开发高强韧性铣削刀片,特别是用纳米改性Ti(C,N)基金属陶瓷 刀具材料就显得尤为必要。目前,在国内尽管已有许多有关铣削刀片用刀具材料的报道。但是,对铣削刀片用纳米改性金属陶瓷的研究还未见报道。本文即研究铣削 用纳米改性金属陶瓷的显微组织和力学性能,为其下一步用作铣刀刀具材料提供理论指导。

2 实验方法

1) 材料制备

铣削刀片用纳米改性金属陶瓷试样的化学成分如表1所示。首先,用ZB220-T型超声波对纳米TiN粉进行分散,混料后加入适量无水乙醇并置于 QM-1F行星式球磨机上进行球磨24h。待混合料干燥后,加入一定量的汽油橡胶溶液进行造粒,然后,在约200MPa压力下模压成形,最后,在 1440℃温度下真空烧结1h。

表1 铣削用纳米改性金属陶瓷试样的化学成分

试样序号 各试样化学成分(wt%)
TiN(nm) WC TiC Mo Co Ni C
a 10 15 Rest 4 12 12 1.0
b 6 8 16
c 15 6 18
d 6 10 14
e 4 14 14

2) 组织观察

试样表面经1µm金刚石抛光膏抛光后,用m(HF):n(HCI)=1:1的混合酸进行长时间热腐蚀后并用清水冲洗干净,然后,在HITACHI X-650型扫描电镜上观察显微组织。断口形貌观察在LEO-1530VP型扫描电镜上进行。

3) 抗弯测试三点弯曲实验

在MTS801-23型试验机上进行。试样尺寸为30mm×5mm×5mm;跨距为20mm,压头速度为1mm/min。实验采用单边切口梁法测 断裂韧性,试样尺寸为30mm×5mm×2.5mm,试样切口用金刚石刀片切出宽0.15~0.20mm的缺口,切口深度a为0.5mm,切口尖端曲率半 径在0.1~0.2mm之间,跨距为20mm,加载速率为0.05mm/min。用此方法计算试样的断裂韧性KIC的公式为

KIC=Y 3PL a½
 
2bh2


式中Y=1.93-3.07(a/h)+14.53(a/h)2-25.11(a/h)3+25.8(a/h)4

3 结果与讨论

1) Mo添加量对显微组织的影响

由图1可以看出,铣削刀片用纳米改性金属陶瓷的组织仍为陶瓷相和金属相两相;基体组织中较粗大的陶瓷相呈芯/壳结构,即TiC芯外包覆有一层硬质 相(Ti,Mo,W)(C,N)即“SS”相)。环形相(“SS”相)形成能有效抑制基体Ti(C,N)晶粒的长大,从而提高了材料的力学性能;它的形成 是由于WC、Mo2C及Ti(C,N)向液相中溶解和在粗Ti(C,N)颗粒上再析出的结果。


(a) 12Ni-12Co-4Mo (b) 16Ni-8Co-6Mo (c) 18Ni-6Co-15Mo
图1 铣削刀片用纳米改性金属陶瓷的显微组织(SEM)

研究表明,向Ti(C,N)基金属陶瓷中添加Mo能改善液态金属Ni对基体的润 湿性和抑制烧结时碳化物晶粒的长大,并且能提高Ti(C,N)基金属陶瓷的高温抗弯强度Q5R。在TiC-Ni-Mo系中,当Ni中Mo含量达10wt% 时能完全润湿TiC颗粒(接触角q=0°。由图1可见,随Mo添加量的增加,TiC基金属陶瓷的组织明显细化。这是因为Mo能抑制烧结时碳化物相晶粒的长 大,这与润湿性的改善有关;在完全润湿的条件下,碳化物颗粒不出现聚集再结晶,这种见解现在已经得到普遍承认。此外,在烧结温度下,Mo向TiC颗粒扩 散,并取代TiC晶格中的Ti,在TiC颗粒表面上形成(Ti,Mo), 固溶体,这就减少了纯TiC颗粒接触,并防止纯TiC颗粒聚集长大。这同样是造成TiC基金属陶瓷晶粒更细和组织更均匀的另一个重要原因。特别由图 1(c)可以看出,当Mo含量达15wt%时,对TiC基金属陶瓷的组织细化效果要更加显著。由Hall-Petch公式可知,金属陶瓷组织的细化可以明 显提高材料的屈服强度,这为其下一步用作刀具材料奠定了良好的基础。

由图1还可以看出,在腐蚀掉组织中大部分金属粘结相后,可见许多诸如TiC、WC等异种亚微米碳化物和纳米TiN颗粒随机分布于各陶瓷相颗粒之 间。据文献报道,这些分布于TiC/TiC的两相或三相晶界上的纳米TiN和异种亚微米碳化物颗粒,一方面,起到固溶强化金属粘结相的作用,另一方面,能 起到有效钉扎TiC晶界和粘结相中位错的作用,使TiC晶界和位错难以运动,从而在一定程度上阻碍金属陶瓷的晶粒异常长大,这样整个基体中TiC晶粒也可 得到明显的细化,使金属陶瓷的整体组织趋于均匀化。

2) 金属粘结相力学性能的影响

图2为金属粘结相含量和种类对铣削刀片用纳米改性金属陶瓷力学性能的影响。由图2可知,无论采用单相金属Ni 还是采用复相Ni-Co做金属粘结相,金属陶瓷的抗弯强度(σbb)和断裂韧性(KIC)都随粘结相含量的增加而升高,而硬度(HRC)则随粘结相含量增 加而降低。但是,采用(Ni+Co)复相粘结时,金属陶瓷的力学性能要优于单相Ni粘结的金属陶瓷性能。


(a) 粘结相含量对强度影响 (b) 粘结相含量对硬度影响 (c) 粘结相含量对断裂韧性影响
图2 粘结相含量和类型对金属陶瓷力学性能的影响

用(Ni+Co)复合粘结相使金属陶瓷力学性能提高的原因主要还是与显微结构的改善有 关。由于Co有着比Ni更高的韧性,而且适当添加Co可以改善粘结相对硬质相的润湿性,所以在采用相同的烧结工艺时,含Co金属陶瓷的断裂韧性和致密度比 完全用Ni作粘结相的要高。但是,由于Co价格比较昂贵,因此,Co添加量较多时对成本不利。

3) 断口形貌分析

图3为铣削刀片用纳米改性金属陶瓷的抗弯断口SEM形貌。由图(a)、(b)、(c)可见,随着粘结相含量的增加,断口形貌也随着变化。断裂模式 以沿晶断裂为主。这是由于裂纹沿晶界扩展所需的能量较少的缘故。但对较粗大的陶瓷相,存在着解理断裂。从断口还可以看出,金属相存在着明显撕裂的痕迹(撕 裂棱)和小碳化物颗粒从金属粘结相中拔出后留下的韧窝。


(a) 12Ni-12Co-4Mo (b) 14Ni-10Co-6Mo (c) 14Ni-14Co-4Mo
图3 铣削刀片用纳米改性金属陶瓷的断口形貌(SEM)

4 结论

1) 铣削刀片用纳米改性金属陶瓷组织仍由陶瓷相和金属相构成,其中粗大的陶瓷相为芯/壳结构,即Ti(C,N)芯外包覆有一层硬质相(Ti,Mo,W)(C,N)(即“SS”相)。
2) Mo的加入能明显细化金属陶瓷基体组织,使强度和硬度增加。但Mo量的添加过多对改善断裂韧性是不利的。
3) 抗弯强度和断裂韧性都随粘结相含量增加而增加,硬度则呈相反规律。沿晶断裂为主要的断裂模式。

本文作者:合肥工业大学材料科学与工程学院 韩成良 刘宁 许育东 晁晟
原载:《硬质合金》2004年3月,转载:切削技术网站

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引用出處:

 http://www.molds.cn/html/2008/06/04090129865.htm

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Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting toolaerospace tool .HSS  DIN Cutting toolCarbide end millsCarbide cutting toolNAS Cutting toolNAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end milldisc milling cutter,Aerospace cutting toolhss drillФрезерыCarbide drillHigh speed steelCompound SharpenerMilling cutterINDUCTORS FOR PCDCVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) Core drillTapered end millsCVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden FingerPCD V-CutterPCD Wood toolsPCD Cutting toolsPCD Circular Saw BladePVDD End Millsdiamond tool. INDUCTORS FOR PCD . POWDER FORMING MACHINE Single Crystal Diamond Metric end millsMiniature end millsСпециальные режущие инструменты Пустотелое сверло Pilot reamerFraisesFresas con mango PCD (Polycrystalline diamond) ‘FresePOWDER FORMING MACHINEElectronics cutterStep drillmeXXXXXtal cutting sawDouble margin drillGun barrelAngle milling cutterCarbide burrsCarbide tipped cutterChamfering toolIC card engraving cutterSide cutterStaple CutterPCD diamond cutter specialized in grooving floorsV-Cut PCD Circular Diamond Tipped Saw Blade with Indexable Insert PCD Diamond Tool Saw Blade with Indexable InsertNAS toolDIN or JIS toolSpecial toolmeXXXXXtal slitting sawsShell end millsSide and face milling cuttersSide chip clearance sawsLong end millsend mill grinderdrill grindersharpenerStub roughing end millsDovetail milling cuttersCarbide slot drillsCarbide torus cuttersAngel carbide end millsCarbide torus cuttersCarbide ball-nosed slot drillsMould cutterTool manufacturer.

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ようこそBewise Inc.の世界へお越し下さいませ、先ず御目出度たいのは新たな

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弊社は専門なエンドミルの製造メーカーで、客先に色んな分野のニーズ

豊富なパリエーションを満足させ、特にハイテク品質要求にサポート致します。

弊社は各領域に供給できる内容は:

(1)精密HSSエンドミルのR&D

(2)Carbide Cutting tools設計

(3)鎢鋼エンドミル設計

(4)航空エンドミル設計

(5)超高硬度エンドミル

(6)ダイヤモンドエンドミル

(7)医療用品エンドミル設計

(8)自動車部品&材料加工向けエンドミル設計

弊社の製品の供給調達機能は:

(1)生活産業~ハイテク工業までのエンドミル設計

(2)ミクロエンドミル~大型エンドミル供給

(3)小Lot生産~大量発注対応供給

(4)オートメーション整備調達

(5)スポット対応~流れ生産対応

弊社の全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メーカーに貴方のご体験を御待ちしております。   

Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт  www.tool-tool.com  для получения большей информации.

BW is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web  www.tool-tool.com  for more info.

 

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金属陶瓷 ceramic metal

    金属陶瓷是指陶瓷和金属的机械混合物。随着火箭、人造卫星及原子能等高技术的发展,对耐高温材料提出了新的要求,人们希望材料既能在高温时保持很高的强度 和硬度,能经得起激烈的机械振动和温度变化,又有耐氧气腐蚀和高绝缘性等性能。但无论是高熔点金属还是陶瓷都无法同时满足这些要求。    金属陶瓷是由陶瓷和粘接金属组成的非均质的复合材料。陶瓷主要是氧化铝、氧化锆等耐高温氧化物或它们的固溶体,粘接金属主要是铬、钼、钨、钛等高熔点金 属。将陶瓷和粘接金属研磨混合均匀,成型后在不活泼气氛中烧结,就可制得金属陶瓷。    金属陶瓷兼有金属和陶瓷的优点,它密度小、硬度高、耐磨、导热性好,不会因为骤冷或骤热而脆裂。另外,在金属表面涂一层气密性好、熔点高、传热性能很差的 陶瓷涂层,也能防止金属或合金在高温下氧化或腐蚀。金属陶瓷广泛地应用于火箭、导弹、超音速飞机的外壳、燃烧室的火焰喷口等处。    金属陶瓷是一种既象钢铁那样坚硬又象陶瓷一样耐高温、耐腐蚀的复合材料。    纯金属在高温中容易被氧化使强度大大降低。而陶瓷能耐高温、耐腐蚀,但脆性大,导电率低,高温流动性差。如果把金属和陶瓷掺合在一起,就可以在高熔点的情 况下得到强度高,硬度大、抗氧化能力强,并具有一定的延展性和良好的热稳定性的金属陶瓷。中国资产管理网    制造金属陶瓷材料比较简单,只需要在氧化铝中加入一些金属铬;在碳化钛中加入一些金属镍,就可以制造成金属陶瓷。掺有超微陶瓷粉末的金属铝,是一种重量 轻、强度高、韧性大、耐热性能好的金属陶瓷。含 20%的超微钴粉末的金属陶瓷是性能很好的耐高温材料,主要用于运载火箭的喷嘴。     由于金属陶瓷具有金属和陶瓷两者的优点,因此,应用范围极为广泛。金属陶瓷具有很高的机械强度和硬度,有良好的化学稳定性,又有好的导热性和导电性,而且 比重小,很适合原于能工业和 航空工业的需要。例如,要把原于反应堆的体积缩小,以便在舰船、潜水艇中使用,就得提高它的工作温度,用金属做成的核燃料元件,在700℃就会破裂或变 形,可是用金属陶瓷作元件,温度即使高达1000℃,反应堆还能照常工作。火箭技术更需要耐高温的材料,比如,洲际导弹、宇宙飞船等,当它们返回大陆时, 由于速度很高,和大气剧烈地摩擦,会产生极高的温度,金属陶瓷可以“赴汤蹈火”地承担这项重任。     还有一种叫“发汗材料”的金属陶瓷,当温度增加到一定高度时,发汗材料所含的金属就被蒸发了。好象人发汗一样,一出汗,就带走了大量的热量,使飞行器温度 下降,不至于被高温烧毁。发汗材料虽然“出汗”,可是其外部形状和大小却保持不变。这就可以保证飞行器正常运行,能准确地到达目的地。    随着科学技术的发展,金属陶瓷的用途越来越广泛。利用金属陶瓷的耐火性和高温强度,可以作燃气涡轮、喷气发动机、原子能锅炉的零件及白炽灯丝等;利用它的 硬度,可以作金属切削刀具和轴承材料;利用它的导电性能,可以作发热体和电刷;利用其磁性,又可以作变压器磁心等等。相信金属陶瓷将在未来的技术领域中大 显身手。



金属陶瓷(cermet)为了使陶瓷既可以耐高温又不容易破碎,人们在制作陶瓷的粘土里加了些金属粉,因此制成 了金属陶瓷。金属基金属陶瓷是在金属基体中 加入氧化物细粉制得 ,又称弥散增强材料 。主要有烧结铝(铝-氧化铝) 、烧结铍(铍-氧化铍)、TD镍(镍-氧化钍)等。

 

金属陶瓷

由一种或几种陶瓷相与金属相或合金所组成的复合材料。广义的金属陶瓷还包括难熔化合物合金、硬质合金、金属粘结的金刚石工具材料。金属陶瓷中的陶瓷相是具有高熔点 、高硬度的氧化物或难熔化合物,金属相主要是过渡元素(铁、钴、镍、铬、钨、钼等)及其合金。

根 据各组成相所占百分比不同,金属陶瓷分为以陶瓷为基质和以金属为基质两类。陶瓷基金属陶瓷主要有:①氧化物基金属陶瓷。以氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧 化铍等为基体,与金属钨、铬或钴复合而成,具有耐高温、抗化学腐蚀、导热性好、机械强度高等特点,可用作导弹喷管衬套、熔炼金属的坩埚和金属切削刀具。② 碳化物基金属陶瓷。以碳化钛、 碳化硅、碳化钨等为基体,与金属钴、镍、铬、钨、钼等金属复合而成,具有高硬度、高耐磨性、耐高温等特点,用于制造切削刀具 、高温轴承、密封环、捡丝模套及透平叶片。③氮化物基金属陶瓷。以氮化钛、氮化硼、氮化硅和氮化钽为基体,具有超硬性、抗热振性和良好的高温蠕变性,应用 较少。金属基金属陶瓷是在金属基体中加入氧化物细粉制得 ,又称弥散增强材料 。主要有烧结铝(铝-氧化铝) 、烧结铍(铍-氧化铍)、TD镍(镍-氧化钍)等。烧结铝中的氧化铝含量约5%~15%,与合金铝比,其高温强度高、密度小、易加工、耐腐蚀、导热性好。 常用于制造飞机和导弹的结构件、发动机活塞、化工机械零件等。   金属陶瓷兼有金属和陶瓷的优点,它密度小、硬度高、耐磨、导热性好,不会因为骤冷或骤热而脆裂。另外,在金属表面涂一层气密性好、熔点高、传热性能很 差的陶瓷涂层,也能防止金属或合金在高温下氧化或腐蚀。

金属陶瓷兼有金属和陶瓷的优点,它密度小、硬度高、耐磨、导热性好,不会因为骤冷或 骤热而脆裂。另外,在金属表面涂一层气密性好、熔点高、传热性能很差的 陶瓷涂层,也能防止金属或合金在高温下氧化或腐蚀。金属陶瓷既具有金属的韧性、高导热性和良好的热稳定性,又具有陶瓷的耐高温 、耐腐蚀和耐磨损等特性。

  

引用出處: 

 http://baike.baidu.com/view/45857.htm

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●刃先角度名称
記号 名称
A すくい角
B 横すくい角(リード角)
C 先端逃げ角(外周逃げ角)
D 先端傾き角 (研ぎ角)
E 側面向心角(あさり角)
S 側面逃げ角

 

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美國加州理工學院(California Institute of Technology,Caltech)已經證實,量子纏結(quantum entanglement)能同步傳遞整個量子資訊區塊(block),為將來的「量子硬碟(quantum HD)」提供了概念驗證。

加 州理工學院的研究團隊表示,他們所發明的元件可說是量子硬碟的「先驅」;這種量子硬碟透過以纏結進行存取的光學記憶體,將挑戰傳統的儲存技術。研究團隊成 功將4個量子記憶體的狀態轉譯為光學訊號,然後再還原;研究人員表示,其原則可以擴展到未來量子硬碟任何數量的存入/讀出平行傳輸。

「我 們已經證實,與4個量子通道交談的4個量子記憶體,能藉由電磁透明(electromagnetic transparency)被有條理地吸收,也就是將光線速度降低至0以進行儲存。」加州理工大學博士候選人Kyung Soo Cho 表示。電磁誘發透明(Electromagnetically-induced transparency)是一種有條理的光學非線性(nonlinearity),以一種透明介質呈現,能讓量子態光線編碼被停止在量子記憶體元件中。

加 州理工學院的纏結技術是利用雷射來 將4個量子記憶體冷卻──每個量子記憶體是由100萬顆銫(cesium)原子組成,彼此間以磁性隔離約1毫米(millimeter);量子記憶體自旋 中的每個原子的磁自旋往上或是往下,會集體性描述代表一整個系集(ensemble)的自旋波(spin-wave)。藉由以雷射光束編碼同步輻射量子記 憶體,4個量子記憶體的自旋波會以同樣的方式纏結。

以上被稱為「量測誘發纏結(measurement induced entanglement)」的技術,是加州理工學院在5年前首創,但只能適用兩個系集;現在該校研究人員已經理論性證實,這種技術能夠被擴充到任何數量的節點。

加州理工學院的研究團隊也將各個節點之間的纏結量子態之衰退(decay)特徵化,展示了該種從複雜量子態衰退為經典記憶體數值(classical memory values)的系統衰退,是他們所聲稱的、符合可預期、可重複的原則。

接下來,該團隊將研究適用量子磁性記憶體內纏結自旋波的纏結衰退動力學;他們也希望能擴充量子計量學(metrology)的適用範圍,透過對一般來說較脆弱的量子記憶體狀態的量測,讓量子態能被產生、儲存並傳輸。

(參考原文: Quantum hard drives on the horizon)



引用出處: 

 

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Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting toolaerospace tool .HSS  DIN Cutting toolCarbide end millsCarbide cutting toolNAS Cutting toolNAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end milldisc milling cutter,Aerospace cutting toolhss drillФрезерыCarbide drillHigh speed steelCompound SharpenerMilling cutterINDUCTORS FOR PCD’CVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) Core drillTapered end millsCVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden FingerPCD V-CutterPCD Wood toolsPCD Cutting toolsPCD Circular Saw BladePVDD End Millsdiamond tool. INDUCTORS FOR PCD . POWDER FORMING MACHINE Single Crystal Diamond Metric end millsMiniature end millsСпециальные режущие инструменты Пустотелое сверло Pilot reamerFraisesFresas con mango PCD (Polycrystalline diamond) ‘FresePOWDER FORMING MACHINEElectronics cutterStep drillMetal cutting sawDouble margin drillGun barrelAngle milling cutterCarbide burrsCarbide tipped cutterChamfering toolIC card engraving cutterSide cutterStaple CutterPCD diamond cutter specialized in grooving floorsV-Cut PCD Circular Diamond Tipped Saw Blade with Indexable Insert PCD Diamond Tool Saw Blade with Indexable InsertNAS toolDIN or JIS toolSpecial toolMetal slitting sawsShell end millsSide and face milling cuttersSide chip clearance sawsLong end millsend mill grinderdrill grindersharpenerStub roughing end millsDovetail milling cuttersCarbide slot drillsCarbide torus cuttersAngel carbide end millsCarbide torus cuttersCarbide ball-nosed slot drillsMould cutterTool manufacturer.

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弊社は専門なエンドミルの製造メーカーで、客先に色んな分野のニーズ

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(5)超高硬度エンドミル

(6)ダイヤモンドエンドミル

(7)医療用品エンドミル設計

(8)自動車部品&材料加工向けエンドミル設計

弊社の製品の供給調達機能は:

(1)生活産業~ハイテク工業までのエンドミル設計

(2)ミクロエンドミル~大型エンドミル供給

(3)小Lot生産~大量発注対応供給

(4)オートメーション整備調達

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弊社の全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メーカーに貴方のご体験を御待ちしております。   

Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт  www.tool-tool.com  для получения большей информации.

BW is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web  www.tool-tool.com  for more info.

 

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在日前於美國舉行的 ARM 技術研討會最後一天, PayPal Mobile總經理 Eric Duprat 發表了專題演說,詳細探討了令人驚訝的未來金錢交易模式;他預測,在五年內,將有總金額達到5.5兆(trillion)美元的面對面零售交易 ──Duprat稱之為近端交易(proximity transaction)──將會是透過行動裝置來完成。

Duprat指出,今日的行動支付交易主要的考量點在於對行動裝置本身的憂慮,例如因為連線時間增加、須安裝應用程式或其他內容到裝置內的額外花費;但在未來,行動裝置將成為傳統網購的客戶端平台,此外還將創造一種全新的交易模式,讓手機取代支票、信用卡與現金。

而 Duprat也警告,如此快速的演進,將會讓交易安全的問題被放大關注:「相對來看,目前行動裝置較無法避免──並非全部──惡意軟體的攻擊;現在看來是 因為利害關係並不是那麼大,不過一旦有龐大金錢交易是透過手機來進行,惡意攻擊就會很快增加,畢竟這些行動裝置是暴露在來自全球各地網路的攻擊之中。」

由於具備守備一個網際網路上最容易受到攻擊的網站之一的十年經驗,Duprat 表示,PayPal可為這些憂慮貢獻一些解決方案;為了安全問題,該公司還收購了一家以色列的反詐騙科技方案供應商,但還有許多相關工作有待完成。

他表示,第一個問題就是得保護PayPal的登入頁面不被入侵、監聽或是仿造,這對行動裝置來說是一個大挑戰,因為要保護該頁面,就得連帶一起保護行動裝置本身、保護無線網路以及網際網路的連結。

而光是保護裝置本身就是一大挑戰,因為在數據機裝置中,PayPal客戶端是一個與其他受本地作業系統控之軟體(可能有害),執行在相同層級的應用程式;「任何網頁都可以被仿造。」Duprat表示。

Duprat指出,當資料內容價值升高時,只保護使用者登入螢幕也是不夠的,必須要有一種方式能將行動裝置的物理特徵與PayPal帳戶綁在一起,也就是一種可辨識硬體特徵的方法;同時,也要讓使用者的密碼曝光到網路上的機會縮到最小。

他 舉了很多可用方案,但又個別指出它們的缺點;如SIM卡可能有用,但會需要與全球各地的通訊服務業者通力合作──這看來不太可能;MicroSD記憶卡也 能發揮類似的效用,但是這會讓手機成本增加,因此可能不被通訊服務業者或終端消費者所接受。在手機內部加裝安全硬體元件也一樣會帶來額外成本,也需要整個 產業界的同意合作。

所以Duprat 表示,該公司正傾向採用ARM的TrustZone 架構;該架構已經配置在處理器中,可成為一個幾乎不能被仿造的認證方式以及安全程序的基礎,讓硬體在TrustZone架構下與帳戶連線。

但 最終,這樣的連線所牽涉到的不只是硬體安全性,還有使用者本身;Duprat表示,包括指紋掃描等生物資訊,甚至內建在手機中的慣性感測器、能讓使用者透 過揮動裝置在空中簽名等等方案,都可能成為行動支付安全性的重要關鍵。此外,行動裝置顯示器模組中的安全硬體,也能產生一個無法被仿造的登入螢幕,讓使用 者安心地進行交易。

(參考原文: PayPal exec charts future of mobile money,by Ron Wilson)



引用出處: 

 

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作者:郑建华 高建勋
摘要:针对树脂基玻璃纤维复合材料的特点,通过采用不同刀具的切削对比试验,选择出适合切削树脂基玻璃纤维复合材料的刀具,确定了切削工艺参数,稳定了切削工艺,提高了生产效率及被切削件的质量。

 

以树脂为基体的玻璃纤维复合材料具有比强度和比刚度高、良好的抗疲劳性、独特的可设计性等优良特性,已被广泛应用于航空航天、国防军工及民用等诸多领域。

 

1、树脂基玻璃纤维复合材料的切削特性

 

树脂基玻璃纤维复合材料由硬的玻璃纤维和软的树脂基体组成,缠绕成形的树脂基玻璃纤维复合材料,其玻璃纤维的含量达80%左右,这种材料的强度和硬度都大于45#钢和40Cr钢,而密度只有大约2.2g/cm 。

 佳工机电网

在树脂基玻璃纤维复合材料的切削过程中,影响刀具寿命的因素同金属材料切削一样,主要有切削热、摩擦和刃口的切削压力,而树脂基玻璃纤维复合材料中硬的质点玻璃纤维,类似于砂轮中的磨料,对刀具进行研磨,使刀具磨损加快,切削条件恶化。

 

树 脂基玻璃纤维复合材料的切削加工性比金属材料差,在金属材料的切削过程中所产生的切削热80%左右随切屑排走,10%左右传给切削工件,只有 10%左右传给刀具本身(见图1)。而在树脂基玻璃纤维复合材料切削加工中,玻璃纤维复合材料硬度高且是热的不良导体,切削过程中产生的热量难以在加工中 随切屑排除,大部分传给了刀具本身,使切削区温度迅速上升,加速刀具的磨损。刀具磨损后,切削力增大使切削热迅速增大,由于树脂基玻璃纤维复合材料纤维的 各向异性及层间剪切强度低的特性,使材料在切削力的作用下容易产生分层、毛刺、撕裂、烧伤等缺陷,加工质量难以保证。因此,根据树脂增强玻璃纤维复合材料 的特点,为达到良好的切削效果,选择理想的刀具、确定合理的工艺参数是至关重要的。

 图1:金属切削时热量分布情况

2、树脂基玻璃纤维复合材料切削刀具的选择使用情况

 

某玻璃纤维缠绕管类零件,长1300mm,外圆为Ф130mm,为满足与其他零件的配合要求,需要对外圆进行切削加工,由于该零件的特殊要求,切削加工中不能使用冷却液,这就给切削加工带来了难度。

 

2.1硬质合金刀具的使用情况

 

根 据该零件的特点,我们最初选用的是可转位硬质合金刀具,主要从耐热性和耐磨性来考虑,选用的刀具为刀尖角为80°的等边不等角六边形、0°后 角、6°前角、单面C形断屑槽,型号为WNUM130716RC5刀片,材质为YT758,这种刀具的特点是耐热性和抗氧化性好,高温硬度高,耐磨性好, 适用于加工高硬度材质的零件。在用这种刀片切削该玻璃纤维复合材料零件的外圆时,刀具磨损严重、零件外表面粗糙有撕裂痕迹。切削过程中需将刀头拆下磨刀才 能继续切削,刀具手工刃磨一次只能车削一刀,这样每切削一个零件需要磨刀、对刀2~3次,如果刀具不锋利时进行切削,则会造成工件外表面有撕裂痕迹(见图 2),甚至产生过多热量烧伤工件,致使工件报废。根据这种情况,在切削时分成粗、精两次加工,分别由粗、精两把刀两次装夹对刀加工而成,在粗加工时切削参 数采用切深ap=0.8mm,Vc=130m/min,f=0.61mm/r,快速去处余量;在精加工时切削参数采用切深 ap=0.3mm,Vc=130m/min,f=0.3mm/r,精加工后用150#细砂布抛光到尺寸。用这种刀具切削生产效率低,每班加工7~8件,操 作者的劳动强度大,对操作者的要求也高,质量也不稳定,不能满足产品的批量生产要求。

 图2 切削撕裂的照片



 

针 对于上述情况,经过了解和对比,我们选用了山特维克公司生产的刀尖角为60°的等边三角形、0°后角、刀具型号为TNMX 160408-WM的刀片,材质为GC4015,这种刀具表面为金黄色TiN涂层的硬质合金,可以降低刀片表面的摩擦系数,增加刀具的耐磨性。在以相同的 切削参数进行加工时,加工完一刀后发现刀片涂层已严重磨损(如图3),零件外表粗糙并有撕裂痕,显然这种刀具不能满足树脂基玻璃纤维复合材料的切削要 求。

 图3:刀片涂层磨损照片

2.3高效刀具的选用情况

 

2.3.1 采用高硬度刀具试验证明,用高速工具钢、普通硬质合金刀具加工树脂基玻璃纤维复合材料时,刀具磨损极为严重,加工效率低下,因而必须选 用更高硬度的刀具。聚晶金刚石(PCD)是在高温高压下由一层人造的金刚石微粉加溶剂和催化剂聚合而成的多晶体材料。以硬质合金为基体结合的镶尖刀片具有 良好的抗冲击、抗弯强度和抗振性能。与硬质合金相比,其硬度高3~4倍,耐磨性和寿命提高100余倍,同时刀具的刃口非常锋利,摩擦系数小,适合有色金属 和非金属材料的加工。结合以上特点,我们选用了山特维克公司生产的刀尖角为60°的等边三角形、7°后角、刀具型号为TCMW 16T308-FP、材质为CD10的聚晶金刚石刀片。

 

2.3.2切削工艺参数的选定

 

聚晶金刚石刀片是一种新型高效刀 具,在使用参数推荐手册中,列出有色金属的推荐切削参数,对于树脂基玻璃纤维复合材料的切削,手册中没有提及,其 它的切削手册中也没有涉及到此类材料加工切削参数,所以在实际的加工过程中,我们根据加工经验,结合硬质合金时切削参数,进行了一系列的工艺试验,最后针 对这种零件和材料特点,确定了一个工艺参数为切深ap=1.1mm,Vc=110~130m/min,f=0.25~0.35mm/r。实行切削余量一次 去除,减少一次走刀。经过多次切削试验表明,刀具十分稳定,平均每个刀尖可加工150件零件,连续加工150件零件没有磨刀,刀尖略有磨损,所加工的零件 表面光洁度良好(如图4),加工后的零件光洁度不用砂布抛光就能达到要求,大大减轻了操作者的劳动强度,同时刃磨刀具、抛光等辅助时间也大大减少,降低了 加工成本。用该刀具每班可加工零件20件,生产效率提高1倍多,所加工的零件质量大大提高,稳定了切削工艺。

图4 金刚石刀具切削良好光洁度照片

3、结论

 

在树脂基玻璃纤维复合材料的切削过程中,使用聚晶金刚石刀片,并按合理的切削工艺参数进行加工,可以稳定树脂基玻璃纤维复合材料的切削工艺,提高加工效率,降低了加工成本,提高零件的加工质量。

 

参考文献 1、黄家康,岳红军,董永琪 .复合材料成形技术 .北京:化学工业出版社.1999 2、张基岚 .机夹可转位刀具手册 .机械工业出版社.1998 3、蔡闻峰等 树脂基炭纤维复合材料制孔缺陷及钻削工艺研究 工程塑料应用 2005,33(10):32

 

郑建华 男 河北太行机械工业有限公司工艺研究所副所长 工程师 高建勋 男河北太行机械工业有限公司工艺研究所 高级工程师 (end)

引用出處: 

 http://www.newmaker.com/art_18622.html

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作者:郑建华 高建勋
摘要:针对树脂基玻璃纤维复合材料的特点,通过采用不同刀具的切削对比试验,选择出适合切削树脂基玻璃纤维复合材料的刀具,确定了切削工艺参数,稳定了切削工艺,提高了生产效率及被切削件的质量。

 

以树脂为基体的玻璃纤维复合材料具有比强度和比刚度高、良好的抗疲劳性、独特的可设计性等优良特性,已被广泛应用于航空航天、国防军工及民用等诸多领域。

 

1、树脂基玻璃纤维复合材料的切削特性

 

树脂基玻璃纤维复合材料由硬的玻璃纤维和软的树脂基体组成,缠绕成形的树脂基玻璃纤维复合材料,其玻璃纤维的含量达80%左右,这种材料的强度和硬度都大于45#钢和40Cr钢,而密度只有大约2.2g/cm 。

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在树脂基玻璃纤维复合材料的切削过程中,影响刀具寿命的因素同金属材料切削一样,主要有切削热、摩擦和刃口的切削压力,而树脂基玻璃纤维复合材料中硬的质点玻璃纤维,类似于砂轮中的磨料,对刀具进行研磨,使刀具磨损加快,切削条件恶化。

 

树 脂基玻璃纤维复合材料的切削加工性比金属材料差,在金属材料的切削过程中所产生的切削热80%左右随切屑排走,10%左右传给切削工件,只有 10%左右传给刀具本身(见图1)。而在树脂基玻璃纤维复合材料切削加工中,玻璃纤维复合材料硬度高且是热的不良导体,切削过程中产生的热量难以在加工中 随切屑排除,大部分传给了刀具本身,使切削区温度迅速上升,加速刀具的磨损。刀具磨损后,切削力增大使切削热迅速增大,由于树脂基玻璃纤维复合材料纤维的 各向异性及层间剪切强度低的特性,使材料在切削力的作用下容易产生分层、毛刺、撕裂、烧伤等缺陷,加工质量难以保证。因此,根据树脂增强玻璃纤维复合材料 的特点,为达到良好的切削效果,选择理想的刀具、确定合理的工艺参数是至关重要的。

 图1:金属切削时热量分布情况

2、树脂基玻璃纤维复合材料切削刀具的选择使用情况

 

某玻璃纤维缠绕管类零件,长1300mm,外圆为Ф130mm,为满足与其他零件的配合要求,需要对外圆进行切削加工,由于该零件的特殊要求,切削加工中不能使用冷却液,这就给切削加工带来了难度。

 

2.1硬质合金刀具的使用情况

 

根 据该零件的特点,我们最初选用的是可转位硬质合金刀具,主要从耐热性和耐磨性来考虑,选用的刀具为刀尖角为80°的等边不等角六边形、0°后 角、6°前角、单面C形断屑槽,型号为WNUM130716RC5刀片,材质为YT758,这种刀具的特点是耐热性和抗氧化性好,高温硬度高,耐磨性好, 适用于加工高硬度材质的零件。在用这种刀片切削该玻璃纤维复合材料零件的外圆时,刀具磨损严重、零件外表面粗糙有撕裂痕迹。切削过程中需将刀头拆下磨刀才 能继续切削,刀具手工刃磨一次只能车削一刀,这样每切削一个零件需要磨刀、对刀2~3次,如果刀具不锋利时进行切削,则会造成工件外表面有撕裂痕迹(见图 2),甚至产生过多热量烧伤工件,致使工件报废。根据这种情况,在切削时分成粗、精两次加工,分别由粗、精两把刀两次装夹对刀加工而成,在粗加工时切削参 数采用切深ap=0.8mm,Vc=130m/min,f=0.61mm/r,快速去处余量;在精加工时切削参数采用切深 ap=0.3mm,Vc=130m/min,f=0.3mm/r,精加工后用150#细砂布抛光到尺寸。用这种刀具切削生产效率低,每班加工7~8件,操 作者的劳动强度大,对操作者的要求也高,质量也不稳定,不能满足产品的批量生产要求。

 图2 切削撕裂的照片



 

针 对于上述情况,经过了解和对比,我们选用了山特维克公司生产的刀尖角为60°的等边三角形、0°后角、刀具型号为TNMX 160408-WM的刀片,材质为GC4015,这种刀具表面为金黄色TiN涂层的硬质合金,可以降低刀片表面的摩擦系数,增加刀具的耐磨性。在以相同的 切削参数进行加工时,加工完一刀后发现刀片涂层已严重磨损(如图3),零件外表粗糙并有撕裂痕,显然这种刀具不能满足树脂基玻璃纤维复合材料的切削要 求。

 图3:刀片涂层磨损照片

2.3高效刀具的选用情况

 

2.3.1 采用高硬度刀具试验证明,用高速工具钢、普通硬质合金刀具加工树脂基玻璃纤维复合材料时,刀具磨损极为严重,加工效率低下,因而必须选 用更高硬度的刀具。聚晶金刚石(PCD)是在高温高压下由一层人造的金刚石微粉加溶剂和催化剂聚合而成的多晶体材料。以硬质合金为基体结合的镶尖刀片具有 良好的抗冲击、抗弯强度和抗振性能。与硬质合金相比,其硬度高3~4倍,耐磨性和寿命提高100余倍,同时刀具的刃口非常锋利,摩擦系数小,适合有色金属 和非金属材料的加工。结合以上特点,我们选用了山特维克公司生产的刀尖角为60°的等边三角形、7°后角、刀具型号为TCMW 16T308-FP、材质为CD10的聚晶金刚石刀片。

 

2.3.2切削工艺参数的选定

 

聚晶金刚石刀片是一种新型高效刀 具,在使用参数推荐手册中,列出有色金属的推荐切削参数,对于树脂基玻璃纤维复合材料的切削,手册中没有提及,其 它的切削手册中也没有涉及到此类材料加工切削参数,所以在实际的加工过程中,我们根据加工经验,结合硬质合金时切削参数,进行了一系列的工艺试验,最后针 对这种零件和材料特点,确定了一个工艺参数为切深ap=1.1mm,Vc=110~130m/min,f=0.25~0.35mm/r。实行切削余量一次 去除,减少一次走刀。经过多次切削试验表明,刀具十分稳定,平均每个刀尖可加工150件零件,连续加工150件零件没有磨刀,刀尖略有磨损,所加工的零件 表面光洁度良好(如图4),加工后的零件光洁度不用砂布抛光就能达到要求,大大减轻了操作者的劳动强度,同时刃磨刀具、抛光等辅助时间也大大减少,降低了 加工成本。用该刀具每班可加工零件20件,生产效率提高1倍多,所加工的零件质量大大提高,稳定了切削工艺。

图4 金刚石刀具切削良好光洁度照片

3、结论

 

在树脂基玻璃纤维复合材料的切削过程中,使用聚晶金刚石刀片,并按合理的切削工艺参数进行加工,可以稳定树脂基玻璃纤维复合材料的切削工艺,提高加工效率,降低了加工成本,提高零件的加工质量。

 

参考文献 1、黄家康,岳红军,董永琪 .复合材料成形技术 .北京:化学工业出版社.1999 2、张基岚 .机夹可转位刀具手册 .机械工业出版社.1998 3、蔡闻峰等 树脂基炭纤维复合材料制孔缺陷及钻削工艺研究 工程塑料应用 2005,33(10):32

 

郑建华 男 河北太行机械工业有限公司工艺研究所副所长 工程师 高建勋 男河北太行机械工业有限公司工艺研究所 高级工程师 (end)

引用出處: 

 http://www.newmaker.com/art_18622.html

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作者:欧爱设计 顾秋健 译

 

 

 

 

汽车产品中的可再生材料

 

天然的纤维材料相对于人工合成纤维表现出很强的替代性:天然的纤维材料有着优异的机械性能,轻质而稳定,同时使用者可以减轻环境污染;所以只要在技术、环保和经济是可行的,宝马汽车公司就竭尽全力地使用天然纤维和其它天然制品。

 

包括金属、塑料和玻璃这些汽车制造商最常用的材料,宝马公司还在其汽车产品中广泛使用了可再生材料。除天然纤维外,还包括天然皮革、天然橡胶和植物油。如宝马7系中包含了24公斤的可再生利用材料,其中13公斤以上是天然纤维材料。

 

可持续理念作为导向原则被牢固树立

 

有 意识地在汽车产品中使用可再生材料仅仅是做好供需管理和资源保护的方法之一。宝马研发团队敏锐地意识到他在资源和环境保护方面的责任。这在宝马 公司管理层通过的决议中被重申:“可持续已成为经济和社会发展的中心模式,就如同市场效力和政治因素的相互作用。宝马公司将继续把可持续发展作为公司发展 历程中的指导性原则。”对材料、过程和产品的综合思考成为在评估个体方案的基本原则。只有当全部有利的因素和不利的因素被权衡之后才可能提出最优解决方 案。采纳使用可再生利用材料也正如此。

 

天然资源中的高级原料

 

除 了提供食物以外,可再生材料的栽培从很早以前就已经作为农业产业的主要任务之一。可再生材料被正式定义为:“从农林业产出而不作为食物用途的产品”。从 木材、纤维、颜料到柴油、汽油和药材,许多重要的高级原料都来源于大自然。正是技术的发展,现在这些产品的种类不计其数。油料作物在工业产品中的运用却是 一片空白,远落后于淀粉类作物。另外农作物可以作为纤维的原料,很多草本植物为临床药物的制造提供了大量原料。农作物甚至可以成为矿物材料的替代品。

 

除了皮革制品在汽车内饰方面的使用和天然橡胶在轮胎上的使用,天然纤维作为具有吸引力的材料在汽车工业中受到亲赖。例如在宝马7系中亚麻和剑麻在车门内衬材料中使用,棉纤维混合在隔音材料中,木纤维在内饰中使用,它用来包裹汽车座椅的靠背。

 

在自然进化过程中优化

 

植物纤维主要由纤维素组成;如果从茎部提取,主要是内层皮质纤维。这一家族中最重要的包括亚麻、大麻、黄麻和洋麻。相比之下,所谓的硬纤维主要从叶肉、叶柄和植物果实中提取,如剑麻和椰子果实纤维。而木材也是纤维产品的重要原料。

 

在汽车工业中这些纤维不是以原始形态使用,而是和其他成分混合以达到合适的材料特性。这些材料就是所谓的复合材料,其中的纤维以高分子矩阵形态存在。

 

在 复合材料制成的产品中,很多天然纤维有能力与玻璃纤维竞争—它们毕竟已经经过大自然百万年以上的优化。天然纤维显示出优异的机械性能,与玻璃纤 维相比,它们具有很高的拉伸强度、耐久性和刚度,易加工,质量轻。由于矩阵结构通常由较低拉伸强度的特征组成,所以它们最理想被作为增强性复合材料 ,而且更柔软。这样一来,纤维和矩阵特性方面都是极佳的。

 

可再生更新不一定等同于可回收

 

可再生材料经常被引入到关于汽车 报废回收的讨论中,因为“可再生”通常被等同于“可降解”。但原则上,可再生材料和汽车回收最大化的努力之间的联 系是表面的。天然纤维的使用不是代表可回收的理念。从技术因素来讲,对于汽车产品而言事实上是要防止作物纤维降解(腐蚀)。在任何气候条件下,在汽车的整 个使用寿命期内,完全有必要确保全车所有部件的长期稳定性。这也就是为什么现在纤维要附上特殊的塑料粘合剂。粘合剂包裹着纤维表面隔离潮气和微生物,防止 天然纤维的腐蚀。

 

轻型工程材料的潜势

 

纤维类复合材料在轻型工程材料中占有很高的比例。很少的限制条件使得纤维和基体 材料混合物的期望特性可以通过产品的不同制造方法实现,这使得纤维复合材料能适用于各种不同类型的部件。现在有可能制造出纤维复合材料部件,它的重量要比 等效的注塑零件轻到40%。鉴于资源的匮乏,无论是在生态还是技术方面,使用天然纤维提供了一种独特极佳的解决方法。</span>

 

农业与汽车工业的合作

 




在 汽车产品中使用可再生材料在BMW公司决不是一个最近的想法。公司以研究植物纤维的运用项目在这方面的投资从90年代初就开始了。在当时巴伐利 亚农业部和一个亚麻处理专家投入到这一项目,该项目由宝马公司和一个合作企业还有一个非纺织制品制造商共同实施。这一工程的背景是欧盟关于剩余粮食转化为 其他产品的政策。该地区的人们需要在他们的土地一边保留一定比例的土地种植作物就可以获得适当补偿作为回报。为了解决栽培问题,就可以被允许用这部分土地 种植可再生材料。这些努力促进了可出售的可再生材料的生产。尽管工业原先被迫引入必需的纤维如进口的亚麻,但现在大部分的纤维由国内的农业部门提供。

 

BMW 公司也是那非盈利组织“C.A.R.M.E.N”的成员之一。这德语首字母的缩写代表“土生可再生材料营销和发展中心”。这个组织把促进研 发部门使用本地可再生材料作为自身的使命。专家估计其间每年德国汽车工业对天然纤维的需求量将高达45000吨。在2004年,宝马公司在制造其汽车中消 耗了10000吨天然纤维。

 

从作物到部件

 

天然纤维加固部件是如何制造的呢?基本上和制造包含人造纤维的零部件方法一样。最初供应者 供应天然纤维,通常是亚麻,用来制造非纺织制品或者甚至是纤维网格物。为了这样,成捆的纤维材料被分开,单独的制成网格物。几层材料可以根据所需的厚度叠加或切削。

 

如 果热塑性纤维还没被处理或者熔入非纺织制品中,下一步包括将织物浸入含有基体材料或粘合剂的材料中。后者由很多原料组成,从丙烯酸盐到苯酚,直 到聚氨脂,而且将来有可能是生物高聚物。所有这些“甲基塑料”材料有一个共同的特性:通过热反应或者以两种反应物形式,它们能够形成以网状形式存在的长链 分子,网状物与增强纤维结合。引入额外的粘合剂供应商的措施增强了纤维和粘合剂(基体材料)之间的结合力。

 

成型

 

这由热 塑性纤维或者渗入树脂混合的聚合物被置入成型工具中,材料在中间190℃的高压下被挤压制成期望的部件形态。当部件冷却后,就变硬了。压模打开后,部件从 其中取出,然后就冲孔或其它需要的附件被压制上去。运用现代产品技术,现在制造这类的基本零件花不了一分钟。

 

天然材料的优势

 

为了保持企业的持续发展广泛途径,BMW公司一贯采纳将生态、经济和社会统筹考虑的全面的观点。可再生材料在汽车产品中的使用具有很多的优点:

 

■ 技术贡献 天然增强纤维部件已经在实践中被证明的技术优势:材料轻却具有良好的机械和声学特性,显示出突出的阻尼能力,不易破碎,在碰撞中效果佳。另外,对模具的磨损小,以多种形式处理加工。

 

■ 经济贡献 在系列产品的使用过程中,已经被证实的不可反驳的优势。可再生材料价廉物美,尤其是高技术收割和处理方法被采用时。这也增加了农业的收入。

 

■ 社会贡献 最重要的特征就是社会贡献:可再生材料是对二氧化碳排放和能源消耗有积极影响的可再生资源。在作物生长周期中,它凝聚空气中分离出的以二氧化碳形式出现的 碳。在第一例中,作物对减少温室效应有益。当汽车在其使用期末报废时,废物不超过作物吸收的原始量。这是一个闭环过程。

 

当然处理作物 和 制造部件时需要额外能量。总之,可再生材料的能量和二氧化碳平衡远远优于对应的人工纤维,尤其是这些复合材料的减重能力开拓后。一 个明显的益处,从播种到形成天然纤维织物所需的能量总计仅为制造玻璃纤维织物所需能量的五分之一。同时如车门内部的装饰面板这些部件的重量可以减轻。这样 一来在汽车的生命周期内省油,进一步减少了能量消耗和二氧化碳排放。

 

再循环

 

天然纤维增强复合材料制成的部件在汽车报废之后仍然可以被使用:例如作为发电厂或其它工业植物的能量来源。以上的程序与玻璃纤维类复合材料的燃烧相比,很大程度上二氧化碳含量平衡的,并且产生极少的废渣。

 

尽 管有这些有利条件,但仍存在与欧盟关于汽车报废回收标准(2000/53/EC)的目标冲突。这个标准使很少一部分材料能作为能量源使用。到目 前为止,报废件必须回收,也就是说废料必须被再利用。但是再利用废料制成新产品需要大量的能量,承担相当大的成本,所以在经济和生态方面可行性都不好。备 选方案就是回收废料制成新材料:例如通过处理,有可能从中萃取甲醇。

 

在这样的情况下,这些回收要求可能迫使汽车设计者转向其它材料,具有更轻的工程材料特性,能量转化方面更具平衡性。

 

未来的前景

 

和任何有机的产品一样,天然纤维根据其栽培地域、气候条件和季节变化而显示出十分多样的特性。所以要确保成分的质量仍需要一贯高度精湛的加工技术,以之来保证把误差降到最低程度。宝马公司一直致力于开发可行的发展潜能。

 

为了促进回收过程,在制造部件过程的任何时候尽可能地使用一种材料是很有用的。这就避免了分解过程中昂贵的分离程序。在天然纤维增强不见上,还有相当多的改进工作要做。

 

天 然纤维更恰当的剪裁以适应它的使用,处理就更方便一点,它们的优点就会更大程度地体现出来。天然纤维制成的原料仍由纺织工业制造;只有很少一部 分使用在汽车产品上。如果那些汽车工业需要的纤维可以被更精心地培育,更好地生长,特殊要求的处理,这些可再生材料的特性差异可以被进一步优化。尤其会使 作为增强材料的天然纤维的潜能优势被充分的开发:更薄的壁,更轻的部件,强度上无懈可击。

 

到现在,天然纤维通常和塑料基体材料一起被使用。随着发展,基体材料可能由天然基础材料制成。迄今为止,这仅在实验室程度上实现,所以系列产品的成本还太高。为了减少成本,宝马公司正致力于优化最初的研发结果。

 

尽管压制技术是现在可再生原材料最普遍使用的技术,备选方案的使用,如注射成型,在将来也可行。另外,结合不同的纤维将有利于达到复合材料的更佳的综合性能。

 

汽车制造商,零件供应商和科研机构正紧密配合,更好地利用可再生材料的潜能,扩大它的潜在运用领域。典型公司之一是“天然纤维增强高分子材料”工作团队,他们的目标是扩大,加速这类高分子材料的应用。

 

一 个完整无损的环境对于下一代的经济和社会繁荣是个前提条件。所以可持续也成为宝马公司信守的一个指导性原则。可再生材料有利于保护和保持自然资 源:它们的二氧化碳平衡是彻底的,处理这些材料的费用与对应的人工纤维相比更低。所以汽车产品中可再生原料的使用必须尽可能的扩大到 持续发展经济所需求的最大程度。(end)

引用出處: 

 http://www.newmaker.com/art_18962.html

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作者:Joseph Ogando

如果你绞尽脑汁想减轻你所设计的物体的重量,而又不以牺牲强度为代价,你可以从创造世界上最大的商务飞机——空中客车A380的工程师们身上或多或少得到一些启发。

 

A380 长约73米,高约24.1 米,机身直径约7.14米,它给世界大型喷气式客机赋予了新的含义。A380上下的两层加起来总共长能容纳800多位乘客,可是航班的实际结构是可乘坐 550个乘客并且容纳很多行李。2005年4月A380进行了首次测试飞行,并计划于2006年年底投入商务运营,第一架A380将驶往新加 坡。</span>

<span> </span>

<span>许多飞机从设计跨到 生产阶段都遇到了重量方面的问题,A380也是一样。这次,空中客车的工程师们通过使用更多的复合材料,使得飞机起落装置上承载的重量尽可能的轻,而这些 复合材料比公司历史上任何一架飞机都要用得多。空中客车公司声称整个飞机上轻型材料的使用使飞机的有效载荷增加了30吨。</span>

 

令人高兴

 

的 是复合材料技术的发展与进步意味着A380的设计者在选择材料时不再会捉襟见肘。那么设计者是如何根据飞机每一部分的具体要求来选择最佳的材料 与之匹配呢?简而言之,就是竞争!公司的高级复合材料运用和资格认证专家Roland Thevenin说:“我们把最好的材料工艺技术放在一起,对比优劣,进行竞争筛选。”

 

与复合材料之间的竞争筛选一样,残酷的竞争评估使 金属与复合材料之间的争夺异常激烈。一旦飞机投入商业运营,不但要考虑飞机的重量和关键的机械性 能,而且还要综合考虑费用、可生产性和可维护性。从A380的机身就可以看出这些材料竞争的结果,正如A380的设计分析主管Serge Rabois所描述的,A380机身结构是由各种不同材料的最优化组合所构成的。

 

复合材料的改进

 

上面提到的大多数混合物 都是由增强型塑料复合材料构成的。Thevenin说,在A380的主要结构中,22%是由各种不同的增强型塑料复合材料 制成的,而且大部分是Hexcel公司和Cytec公司提供的碳纤维增强环氧树脂。空中客车公司还在飞机的垂直尾翼上应用了少许增强型玻璃纤维环氧树脂, 同时在飞机的鼻锥体上应用了增强型石英环氧树脂。由于结构应用在很大程度上依赖于热固树脂合成材料,作为机翼的前沿的一部分,A380有一个J 型鼻锥,这是由增强型玻璃纤维PPS制成的。Thevenin指出,之所以用热塑性塑料代替早期飞机上的铆钉铝结构,是因为它可以使J型鼻锥体的外壳与加 强板牢固地焊接在一起。

 

对空中客车的工程师们来说,复合材料不再是真正的火箭科学。从1985年制造的A310飞机开始,空中客车公 司 对在飞机的主要结构上采用复合材料 已经有20多年的经验。从那个时候开始,公司逐渐将一些采用复合材料的附加结构融入到每一架新飞机上。Thevenin 说:“为减小风险,我们一直在一步一步的努力当中。”

 

<span>A380 代表了一个很大的进步,除此之外,它还体现了另外一个进步——它包含了许多复合结构,这些结构在已往的飞机上已经得到验证,这其中一些飞机现在已经成功飞 行了1,200万到3,500万小时。这些结构包括尾翼、襟翼及巨大的后压力隔板。Thevenin指出:“这些已经被验证的设计当中,我们面临的风险仅 仅只是飞机的尺寸。”

 

例如,已被证明的超大型尺寸复合材料设计会产生一个后果,那就是空中客车的工程师们不得不压缩设计负载 裕 度。然而,对于过去那些尺寸较少且较低负 载的复合结构,工程师们比较奢侈地设计了较大的负载裕度。A380的部件尺寸让这种奢侈无影无踪。Thevenin说道:“我们现在没有任何不必要的负载 裕度。”

 

A380创造了一些新的纪录,包括一些全新复合材料的应用,例如横梁、上部机架、机翼翼肋、襟翼导轨都采用了新的复合材料。 该 客机上还有许多令人 惊讶的CFRP结构,尾翼和最大直径超过6米的后机身就是由CFRP制造的。因此,体积为2.4×7×7.8立方米,重为22吨的中心翼盒担当着飞机结构 中心的角色。机翼翼盒主要是由碳纤维复合材料再加上一些铝制翼肋制成,在那些超过100个座位的商务飞机中,它是第一次被使用在A380上。

 

在 所有这些复合材料的应用中,复合材料的性能特征不会让任何一位工程师感到惊讶。Thevenin说:“当我们谈到‘性能’这个词时,主要是指重 量和强度。”他估计对于一个给定的强度,复合材料结构的重量要比相同的金属结构轻15%到25%,仅中心翼盒就要比相同的铝制机翼翼盒轻3吨。

 

对于A380高负载部分使用的复合材料,这些冲击敏感材料易被地面设备损坏,因此在设计时应避免在可能被破坏的部位应用它们。Thevenin说:“复合材料带来了机遇,但是它本身也有局限。”

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GLARE前景

 

GLARE 是一种由铝和玻璃纤维层压形成的另一种完全不同的复合材料,A380中另外3%的材料就是由它构成的。这种叫做GLARE的金属纤维层 压板由铝交互层和玻璃环氧树脂浸料组成。空中客车在A380上大约使用了5000平方英尺这种材料,主要用于机身上部外壳和尾翼的主边缘。GLARE的重 量和一种标准铝片(2024 T3)相比,减轻了15%到30%,具体减轻量由GLARE层的类型和厚度决定。

 

例如,空中客车用到两 种 GLARE:标准版本和高静力强度版本,且每种版本的GLARE还具备改变纤维方向的功能。Rabois说道:“我们改变 纤维方向已适应具体的载荷情况。”因此,空中客车使用不同的纤维方向来适应环绕压力、轴载荷、双轴载荷和剪应力载荷。“GLARE看上去同金属一样,却能 像复合材料一样工作。”Rabois说,利用纤维方向可以使机械性能达到最优。

 

从特性上来说,GLARE还有其他优点。据Rabois介绍,纤维层具有防止裂缝的扩张和抗腐蚀性。另外纤维层增强了抗高温性能,此时纤维起着保温层的作用。最后Rabois指出通过开辟第二个载荷途径,能够提升纤维冲击性能。

 

此 材料在设计灵活性方面也得到好评。“使用铝焊接技术,铆钉孔的放置和大小会受到疲软性能的限制,”Rabois指出,“GLARE对焊缝的放置 没有任何限制。”另外,这种材料允许在材料接合层插入大的面板。空中客车的设计中插入了两个小面板并将其永久地接合起来。据Rabois所称,这种方法免 去了大量的铆钉孔,也避免了与之相关的压力问题。他说:“面板的大小只受限于高压和运输设备的大小。”

 

所有这些设计优势都不能以可修复性为代价。Rabois指出GLARE的修理几乎和铝一样,只是有一些较小的步骤不同——例如没有修整凹痕和使用碳化工具。

 

然 而使用任何的材料,总是需要权衡利弊。对GLARE而言,它在硬度上是有欠缺的。这种材料与铝片相比,弯曲系数低5到6个百分点。在个体结构中 硬度影响还不大,但是它会把载荷转移到机身的其他部分。Rabois解释说:“当你降低了一个结构的承载系数,你实际上就给其他结构带来了负荷。”他继续 说道,在A380上,机身上部结构系数较低,会把所有载荷中的一部分转移到了机身下部。

 

接下来是成本问题。Rabois承认GLARE 与标准的铝相比,价格上“略为昂贵”。但他也指出,从每千克重量所节约的成本来看,GLARE和高级铝合金的花费基本上是一样的。它还涉及到一些维护的成 本,例如可以省去检查裂缝的环节,所以到头来这还是一笔不错的买卖。

 

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合适的复合材料

 

增强型塑料、金属层压板元件和金属合金之间的竞争看起来很好解决。空中客车的工程师只需要使每种材料的机械和物理特性与机身不同部分所承受的载荷情况相匹配就可以了。虽然考虑A380的尺寸和复杂性当然会比较困难,但是空中客车在材料选择过程这方面还是够简单明了的。

 

然 而,不同材料间的竞争往往同结构紧密联系,且这些结构最初可以用不只一种材料建造。Rabois指出:“我们知道没有任何一种完美的材料对所有 的结构适用。”拿机身举个例子,当考虑机械特性角度时,上部机壳和后机身可以由金属、GLARE或CFRP三种材料构成。同样的,三种材料也需要稍后进行 修理。

 

真正的决胜关键经常要归结到制造上。例如,先进的焊接技术的使用,对在一些结构上选择未知的金属材料和设计是有利的。空中客车只考虑在A380上使用复合结构,因为这样会使他们出于领先地位。Thevenin说道:“制造业推进了我们的设计,反之亦然。”

 

他又补充道,特殊的复合材料会给人们提出一些特殊的挑战,因为他们的特性是由制造过程决定的。他说:“对于复合材料而言,制造零件的同时也是在制造材料。”

 

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空 中客车让分包商制造一些合成零件,而把真正有挑战性的工作留给自己。位于法国南特市的复合材料中心的制造主管Christian Valade说:“我们集中精力制造最困难的零件。”其中“困难的”这个词在复合材料领域中是指大的、厚的以及那些几何结构复杂的零件。南特市的公司处理 所有这些零件,包括A380巨大的中心翼盒以及用于A340-600的巨大的(17米)、高载荷(500余吨)的龙骨横梁。

 

近日在参 观 中心的过程中,Valade指出一系列用于生产空中客车复合材料的专利制造技术。其中之一是自动停机机器,它采用了可以提高产量的专利 双头设计,以及一个制造无缝结合环形机舱声学壁板的专利系统,可以解决过去声音性能降低的问题。公司还对“联合修理”系统的应用进行扩展,使其能在一个单 独的热压循环空间内修理桁条和壁板。

 

Thevenin在报告中说,复合材料设计只会在未来的飞机中越来越多地使用,比如即将面世的A350(如图)。他说:“我们能够更加广泛地应用复合材料。”并强调南特市公司的工作量到2007年将增至现在的三倍。

 

但是不要异想未来所有的飞机会自动继续提高复合材料的使用量。Rabois指出:“铝合金和钛也在不断的发展,变得更加耐用,成本更加合理。另外,每一架新飞机的设计,都会带来新一轮的材料竞争。”

 

DESIGN NEWS China(end)

引用出處: 

 http://www.newmaker.com/art_19201.html

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作者:瞿丽曼 编译    来源:PT现代塑料
 

热塑性树脂基复合材料, 特别是以玻璃纤维毡与热塑性基体(PP、PA、PET、PBT等)复合而成的玻璃纤维增强热塑性片材(GMT)是一种高性能复合材料。GMT具有韧度好、 强度高、密度小、优良的耐腐蚀性和耐热性、成型性好、保存期长和废料可再生利用等优点,是低能耗、无环境污染的绿色环保材料,已被广泛应用于汽车、建筑、 化工、包装、电力、运输等领域。美、欧在上世纪80、90年代,以熔融浸渍法和悬浮沉积法相继工业生产并迅速发展。我国虽起步较晚,但一直关注这类材料和 相关技术,不少研究单位和高校曾就材料配方、成型工艺、材料性能等方面进行过研究。现将国内外相关研究介绍如下。

国内研究

一、华东理工大学、奇瑞汽车有限公司

华东理工大学聚合物加工研究室、奇瑞汽车有限公司汽车工程研究院工艺材料科采用熔融浸渍法制备了玻璃纤维毡增强聚丙烯(PP)热塑性复合片材;通 过在PP中加入复合改性PP改善了基体与增强纤维间的相容性;考察了相容剂、PP种类及玻纤毡种类对复合片材的影响。结果表明,相容剂的加入可使复合片材 的拉伸强度提高29%、拉伸模量提高23%、弯曲强度提高42%、弯曲模量提高25%;高熔体质量流动速率PP可使片材的弯曲与冲击性能进一步改善。连续 玻纤毡和长玻纤毡增强PP复合片材,前者综合力学性能良好,而后者则冲击强度较弱、弯曲性能加强。该研究得到的长玻纤针刺毡GMT-PP片材的性能为:拉 伸强度 87.9MPa,拉伸模量6214MPa,断裂伸长率5.41%,弯曲强度155.4MPa,弯曲模量5417MPa,冲击强度530J.m-1[1]。

华东理工大学公开的科技成果0400230355开发的纤维增强热塑性片材,以聚丙烯为基体,玻璃纤维毡增强材料,按多层叠合方式,采用连续熔融 浸渍工艺,在一定的温度下,加压实现熔体对玻璃纤维毡的浸渍,经冷却定型制得的一定厚度的片材。片材经预热、冲压可制成各种汽车零部件(如座椅骨架、保险 杠、仪表板骨架等),建筑模板,化工防腐设备等[2]。

二、上海材料研究所

该研究所研究的纤维增强热塑性片材,是通过对聚丙烯尼龙基体选材,引进极性基因,并对骨架玻纤毡进行特殊处理,使树脂对玻纤毡有良好的类透性和结 合力。通过严格控制温度、压力、时间三要素和在基体树脂中加入特殊助剂等攻克了:树脂和玻纤的界面结合技术;融熔浸渍工艺两个技术关键。运用国产原料成功 开发玻纤毡增强聚丙烯和尼龙两大系列5个品种GMT材料,其拉、弯、冲、热性能等11项主要性能,达到美Azde1.8TX、日本PAC和美 Chmyslen车辆工程材料标准。此研究针对该特殊工艺参数,进行模具设计,结合国情开发了投资少、适于批量生产的成套干法生产技术,已建立了二个中试 生产基地[3]。该研究所研究的玻纤毡含量40%的聚丙烯GMT材料的性能为:密度1.04g/cm3,拉伸强度90.2MPa,弯曲模量 5530MPa,冲击强度77.2kJ/m2,热变形温度168℃[4]。

三、上海汽车工业技术中心

该技术中心研究的GMT-PP材料的制备将聚丙烯基体及其增韧体系先用框模在平板硫化机上压制成厚度为1mm左右的薄片,然后将三层聚丙烯(中间 层聚丙烯由两层1mm 厚的薄片组成)与两层玻纤毡叠层铺放。置于320 mm×320 mm×8 mm 的上、下模板之间,在平板硫化机上将体系预热至210℃,然后在0.9 MPa的压力下复合4min,取出快速冷却,开模即得到GMT-PP片材[5]。

四、南京玻璃纤维研究设计院

该研究设计院研究的纤维增强热塑性片材(GMT)是由玻璃纤维连续原丝针刺毡与聚丙烯片材经过热挤压复合而成,具有很高的抗冲击强度和较宽的使用 温度范围,适宜在汽车和其它受冲击的场合使用。连续原丝针刺毡是GMT的重要增强材料,其生产工艺采取“二步法”,即先制得玻纤原丝,再由抛丝机牵引原丝 形成毡坯,输送至针刺机进行针刺成毡,经过切边、收卷成毡制品。其自动针刺成毡工艺、专用浸润剂配制技术、工艺参数优化设计等有所创新。目前,已建成年产 300吨针刺毡生产机组,工艺稳定,运行可靠,有良好的市场开发前景[6]。

国外研究




一、奥地利伊索斯波特联合机械构件有限公司

该公司研究的玻璃纤维毡增强的热塑性塑料板 的制造方法中,玻璃纤维毡用一种热塑性塑料熔体浸渍,并接着压制此玻璃纤维毡的复合体,其中,至少一个玻璃纤维毡通过浸渍喷嘴的喷嘴缝隙移动,从挤压机向 它们可调节地供应热塑性塑料熔体,所以各构成两股熔体流,它们在喷嘴缝隙出口处涂覆在玻璃纤维毡的上面和下面,进行玻璃纤维毡的预浸渍,随后,将已用热塑 性塑料预浸渍过的玻璃纤维毡移入双带压力机的入口辊距中并预校准,紧接着借助于冷却板在压力下将其压制成玻璃纤维毡增强的热塑性塑料板 (CN1123014(申请日:1995.01.27、公开日:1996.05.22))。

二、Matsushita Electric Works, Ltd.

该 公司研究了一种具有良好防热变色的玻纤热塑性树脂板,是将玻璃纤维用热塑性树脂浸渍,热塑性树脂包括(a)聚合物10-75,(b)热塑性树脂 2-30,(c)可聚合单体20-60,(d)聚合物微粒子0.1-15,和(e)抗氧化剂(JP2006045266(AD: 2004.07.30、PD: 2006.02.16))。

三、Symalit AG

该公司研究的玻璃纤维毡增强的热塑性薄板材料包括:热塑性树脂和至少两个针刺连续和/或切断玻璃纤维毡。每个玻璃纤维毡是从两边以不对称方式针刺。玻璃毡用热塑性树脂浸渍得到(US5753062(AD:1996.05.13、PD: 1998.05.19))。

四、Isosport Verbundbauteile Gesellschaft m.b.H.

该 公司研究的玻璃纤维毡增强的热塑性塑料板的制造方法,是将玻璃纤维毡用一种热塑性塑料熔体浸渍,并接着压制此玻璃纤维毡的复合体。其中,至少一 个玻璃纤维毡通过浸渍喷嘴的喷嘴缝隙移动,从挤压机向它们可调节地供应热塑性塑料熔体,所以各构成两股熔体流,它们在喷嘴缝隙出口处涂覆在玻璃纤维毡的上 面和下面,进行玻璃纤维毡的预浸渍,随后,将已用热塑性塑料预浸渍过的玻璃纤维毡移入双带压力机的入口辊距中并预校准,紧接着借助于冷却板在压力下将其压 制成玻璃纤维毡增强的热塑性塑料板(US5716479(申请日:1995.09.20、公开日:1998.02.10))。

五、BASF Aktiengesellschaft

该公司研究的玻纤毡增强热塑性板,是由热塑性聚合物浸渍对称针刺的玻纤毡制得。玻纤毡是利用双针刺机将连续丝网从上、下同时针刺得到(US RE36756(申请日:1995.12.29、2000.06.27))。

六、UBE-Nitto Kasei Co., Ltd.

该 公司研究的由纤维增强的热塑性树脂制得的可冲压板,其增强组分为玻纤毡,是由非导向纤维层和单向纤维层相互机械缠绕得到。在玻纤增强热塑性可冲 压板中,玻纤毡中形成单向纤维层的玻璃长纤维束的含量为20wt%-80wt%,热塑性树脂可冲压板中,玻纤毡含量为20wt%-55wt% US5540986(申请日:1993.07.09、公开日:1996.07.30)。

国内外相关产品性能

美国Azdel公司、Symalit公司、Arjomari公司、新日铁集团等均为玻璃纤维增强热塑性片材生产商,现将产品性能指标介绍如下:

参考文献
1.沈春银等,玻纤增强PP热塑性片材的制备及力学性能研究,塑料工业 2006,34 (2) 30-32
2.华东理工大学,纤维增强热塑性片材的关键技术与成型工艺,科技成果0400230355
3.上海材料研究所,玻璃纤维毡增强热塑性复合材料的研制及应用,科技成果0100020047,
4.吴妙生,玻璃纤维毡增强热塑性复合片材的研制和应用,纤维复合材料 2002,19(4)24-26
5.杨岭、何华珍等,玻璃纤维增强热塑性复合材料及其应用,汽车工艺与材料2002(6) 28-31
6.南京玻璃纤维研究设计院,科技成果0201061604,热塑性片材用玻璃纤维连续原丝针刺毡
7.伊索斯波特联合机械构件有限公司,制造玻璃纤维毡增强的热塑性塑料板的方法和实施此方法的设备,CN1123014(申请日:1995.01.27、公开日:1996.05.22)
8.Matsushita Electric Works, Ltd.,White glass fiber-reinforced thermosetting resin laminates with good thermal discoloration prevention for electric devices,JP2006045266(AD: 2004.07.30、PD: 2006.02.16)
9.Symalit AG,Fibre reinforced thermoplastic sheet,US5753062(AD:1996.05.13、PD: 1998.05.19)
10.Isosport Verbundbauteile Gesellschaft m.b.H.,Process and apparatus for producing fiberglass reinforced thermoplastic panels,US5716479
11.BASF Aktiengesellschaft,Glass-mat-reinforced thermoplastic panels,US RE36756
12.UBE- Nitto Kasei Co., Ltd.,Stampable sheet made of fiber-reinforced thermoplastic resin and molded article therefor,US5540986 (end)

引用出處:  

 

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BW Bewise Inc. Willy Chen willy@tool-tool.com  bw@tool-tool.com  www.tool-tool.com skype:willy_chen_bw mobile:0937-618-190 Head &Administration Office No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356 http://www.tool-tool.com / FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North Rd.,Taipei,Taiwan S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao City,Chiayi Hsien,Taiwan

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以 碳纤维为增强体的先进复合材料在20 世纪60 年代中期问世,70年代初即开始应用于飞机结 构。先进复合材料的应用对飞机结构轻质化、模块化起着至关重要的作用。随着复合材料设计和制造技术的不断发展和成熟,先进复合材料在军、民用飞机上的用量 也在不断扩大。复合材料用量的剧增,带动了复合材料产业的专业化和规模化发展,使先进复合材料正在逐步成为一种成熟、稳定的航空材料。目前,复合材料和 铝、钢、钛一起,已发展成为四大航空结构材料。

 

现代先进民机机体结构复合材料用量越来越大。经过几个阶段的发展,已实现了从非承力、次承力构件,到尾翼主承力、再到机翼与机身主承力构件应用。这是飞机性能的要求,也是商业成功和市场竞争的需要。

 

国外复合材料技术水平和发展趋势

 

复 合材料由于其高比强度、比刚度等优异特性,越来越广泛应用于飞机结构。目前国内外新研制的飞机不但在水平安定面、副翼、垂尾等结构采用了复合材 料,而且机身、机翼翼盒等主结构也采用复合材料,使得结构一体化程度高,系统安装较为简单、减少零部件数,缩短总装时间。复合材料非比寻常的物理特性和可 设计性,以及近年来生产成本的降低,加速了飞行器结构选材从金属材料向复合材料转变的进程。复合材料的应用具有可使飞机结构减重10% ~ 40%、结构设计成本降低15%~30% 的优势。面对较高的燃油价格和越来越严格的污染物排放标准,复合材料能使飞机减重的优点显得尤为重要。

 

代 表当今世界大型民用飞机先进水平的两大生产商:波音公司和空客集团,从20 世纪80 年代起就开始将先进复合材料用于大型飞机的结构。随着经验的积累和先进复合材料所带来的效益增加,结构应用不断扩大。波音公司在前期的波音737、波音 757 和波音767 几个机型中,先进复合材料的应用仅涉及了起落架舱门、整流罩、升降轮、方向舵、襟翼和副翼等次承力结构。到了90年代中期,在波音777 研制中将先进复合材料扩大应用到了垂直安定面和水平尾安定面等主结构。空客公司于70 年代中期首次将先进复合材料应用于A300 飞机的垂尾,1987 年在A320 飞机上将先进复合材料应用扩大到了水平尾翼,随后的A321、A319、A330 和A340 基本保持了相同的应用水平,对于将先进复合材料料应用于主机翼结构仍有保留。

 

进入21 世纪后,波音和空客两大公司为争夺新一代大型民用飞机市场,展开了一场先进复合材料应用之争。波音公司在其新研制的波音787“梦幻”飞机上先进复合材料 的用量达到机体重量的50%,虽然空客公司在先进复合材料应用上采取了一种循序渐近的方式,逐步扩大应用范围,以减低技术风险,在A380 新一代大型客机上,先进复合材料用量也扩大到了23%。

 

残酷的市场竞争使这两大生产商均将先进复合材料的用量视为实现飞机机体减重及降低 运营成本的有效途径,从而使先进复合材料在民用飞机上的应用急剧 升温。虽然空客与波音两大公司在先进复合材料用量的认知上有所差异,但空客公司由于受到波音公司复合材料高用量的威胁,在计划中的A350 飞机上将复合材料的用量提高到了52%,以形成与波音787 飞机的竞争。A350飞机将在中央翼盒、外翼盒、垂尾、平尾、机身壁板、机身后承压隔框、龙骨梁等结构上大量采用碳纤维复合材料(Carbon Fiber-ReinforcedPolymer,CFRP)。

 

这些情况说明了机体结构中先进复合材料的用量是衡量飞机先进性的重要标志之一,尤其是在机翼主结构中应用先进复合材料,能充分体现出飞机结构技术的先进性。先进复合材料已逐步成为民用飞机主要结构材料。

 

近 40年的研究结果和使用经验表明:复合材料具有优异的性能,在疲劳和恶劣的使用环境下不会造成剩余强度的降低,这些结论和经验增强了各大公司使 用复合材料结构的信心。复合材料技术的进一步发展,特别是低成本制造技术的发展,为复合材料在民机上的广泛应用提供了良好的技术平台,现在和将来的民机结 构,大量使用复合材料已经成为可能。

 

复合材料结构设计技术的发展过程

 

国外民机复合材料结构技术的发展经历了从次承力构件——尾翼级主承力构件——机翼主承力构件的过程,具有典型性。以美国为例,它的发展过程可以归纳为6 个阶段:

 

第1 阶段,20 世纪70 年代初在受力很小的构件如前缘、整流罩和口盖上;

 

第2 阶段,1976 年开始选择了相应的受力不大的部件进行预研,波音727 升降舵、DC-10 上的方向舵;

 

第3 阶段,1985 年开始仍然是在NASA 的ACEE 计划下,各大飞机公司开始研制受力较大的尾翼级的部件;

 

第4 阶段,20 世纪80 年代初开始 在生产型飞机上正式设计应用复合材料方向舵、升降舵;

 

第5 阶段,20 世纪90 年代初在B777 尾翼盒段上使用复合材料;

 

第6 阶段,现今在波音787 飞机机翼机身主承力结构上使用复合材料。

 

复 合材料在民用飞机上应用量的急剧增长主要应归功于其技术的发展和成熟。20 世纪80 年代后期以来,美国和欧洲针对低成本、轻重量复合材料结构技术经过了TANGO(Technology application to the near term business goals and objectives)计划、ALCAS(Advanced Low Cost Aircraft Structure) 计划、ACT (Advanced Composite Technology) 计划、AST 计划等一系列的专项计划研究,取得了显著的成果。例如美国实施的A C T 计划,研究低成本制造工艺技术的应用,目前已开发了RTM(树脂转移膜塑成形)、RFI(树脂膜渗透成形)、VARI(真空辅助成形工艺)、纤维铺放/缠 绕、拉挤成型、自动铺放和采用大丝束纤维等低成本制造技术。其中RTM 技术已在F-22 飞机上大量应用(400 多个零件采用R T M 工艺制造)。由于VARI 技术在降低复合材料制造成本及大型构件整体成型方面的优势,近年来受到广泛重视。美国洛克希德· 马丁公司与美国海军IPT 公司合作,采用VARI 工艺制造P -3 的复合材料下翼面整流壁板。洛克希德· 马丁公司已经着手进行VARI 工艺在S-3、C-5、C-130 等机型上的试验及验证工作,加速低成本复合材料在飞机结构上的应用。

 

这些成果逐渐应用于正在研制的民机结构设计上,促使复合材料在民机主结构中的应用出现突破性进展。

 

欧 美等国通过系列计划的持续性长期研究,对复合材料结构有了更深入的理解,取得了丰富的经验。这些计划通过选取基准平台,按照“积木块”式的试验 验证方法,从试件、元件、典型结构件、构件/ 子结构,一直到全尺寸结构(综合验证)进行严格的考核。经过这一过程,不仅建立了材料的基本性能数据库和结构设计许用值,而且结构设计思想得到了评估,结 构制造技术得到了考核,大大加快了新材料、新的结构设计和制造技术应用于实际工程的进程。如美国在20 世纪90 年代初期的ACT计划后继续开展了AST 计划(ACT的后续计划,20 世纪90 年代中)。尤其是在AST 计划实施中,NASA与波音公司联合开展了先进低成本复合材料机翼技术研究,以机翼翼盒为研究对象,通过设计,制造和试验等一系列研究,验证了低成本复合 材料翼盒的制造技术。

 

国内复合材料结构技术的现状与差距

 



 

我 国飞机结构上对复合材料的应用追随着国际上先进国家的脚步, 发展的历程基本相同。军民用飞机的各类舵面上选择复合材料结构已经很普遍。在运-7 系列支线飞机的腹鳍、方向舵等次结构上应用了先进复合材料。对尾翼级结构也是在80 年代末就开始应用研究,到了90年代中期设计、研制成功了运-7 复合材料垂尾,并取得了适航证。

 

我国通过多年的预研和大量的研制实践,以低成本复合材料应用为目标的技术研究已经取得了可喜的成果,初 步 形成先进低成本复合材料制造能力。如Z向 缝纫和三维编织增强复合材料结构制造技术;低成本RTM、VARTM、RFI、VARFI 成形技术。这些低成本制造技术有的已用于产品,有的做了大量工艺、性能试验件,验证了工艺的可行性。舵面等次承力结构的低成本V A R I 工艺复合材料结构与金属结构相比,减重25%,降低制造成本17%。同时在“十一五”期间,完成了民机全尺寸复合材料尾翼设计、制造与试验。使国内复合材 料结构设计技术在损伤容限设计与验证、无损检测、加筋整体化结构制造/ 工艺、复合材料结构适航验证等方面上了一个台阶。目前,我国已经开始进行复合材料机翼主结构技术的研究工作。由于机翼结构外形复杂,连接关系多,结构复 杂,尺寸大,加工制造难度大。同时机翼需要考虑发动机吊挂接头、起落架支撑结构等集中载荷的影响等等。这些特殊要求,给设计和制造带来难度。就目前的技术 状态看,已经可以制造出15m长左右的复合材料机翼壁板,同时也研制出厚度在40mm以上的大型复合材料承载接头。

 

虽然国内在复合材料 的 设计制造方面取得很大进步,但是与国际先进水平比较,尤其是在复合材料主承力结构设计制造技术方面还是存在相当大的差距。复 合材料在飞机结构上的应用情况大致可以分为3 个阶段:第1 阶段是应用于受载不大的简单零件部件,如各类口盖、舵面、阻力板、起落架舱门等;第2 阶段是应用于承力较大的尾翼等次级主承力结构,如垂直安定面、水平安定面、全动平尾、鸭翼等;第3 阶段是应用于主承力结构,如机翼盒段、机身等。3个阶段所涉及的复合材料制造技术是3 个不同的层次,在载荷水平上是完全不同的,对构件制造技术的要求也不同,构件的尺寸和结构的复杂程度也有大幅的提高。

 

国内目前的技术水平 处于第2阶段的水平。对大型复合材料整体壁板的设计制造技术,由于尺寸及载荷增大使得在复合材料结构形式的选择与优化、设计许 用值的确定、分离面的设计、机械连接、制造精度及工艺稳定性、试验研证方法等方面都需要进行进一步的深入研究。在制造与工艺技术方面,国内航空复合材料结 构生产厂家除了采用预浸料/热压罐成型工艺生产复合材料构件,也开始采用各种低成本制造技术生产不同的复合材料构件,也配备了一定的无损检测设备,普遍采 用激光定位、自动铺带机、预浸料切割机、预制体编织机等复合材料制造设备,初步满足现阶段航空复合材料构件生产的需求。但对于大型飞机复合材料构件的制造 仍然是生疏的,特别是大型整体成形技术和手段仍然是关键瓶颈,从模具、材料、检验等材料体系与标准规范方面,国内现在还没有国产的通过适航认证的适应下一 代先进民机复合材料的碳纤维,即使是芳纶纤维、玻璃纤维(布)也未经过适航认证过程。目前适合于先进民机复合材料构件用的环氧树脂体系有一定的基础,但数 据都不完善,尚未获得适航认证。

 

结束语

 

纵观国外复合材料技术的发展,几乎都采用了先预研,再在型号中应用的方法。 20 世纪80 年代后期以来,美国和欧洲就复合材料结构技术开展了多个专项计划研究,已经取得了显著的成果,正是由于这些成果的取得,复合材料在民机结构中的应用才能出 现突破性的进展。随着国内先进复合材料在军民用飞机上的应用不断扩大以及设计和制造技术的积累,一些代表复合材料发展趋势的低成本复合材料结构技术也有所 进展。对飞机复合材料结构的应用研究也在持续开展。在碳纤维制造、复合材料结构制造设备、复合材料主结构设计技术、大型无损检测技术方面已经有了长足的进 展。可以预期,这些持续不断的各类复合材料研究项目的成果必定会在将来国内新的飞机项目中得到大量的应用,从而增强我国在世界航空工业的竞争力。 (end)

 

引用出處: 

 http://www.newmaker.com/art_36148.html

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先进复合材料已经大量应用于民用飞机结构中, 空客A380 飞机复合材料用量占飞机结构重量的24%(不含G L A R E 层板), 波音787 飞机复合材料用量占飞机结构重量的50%,空客正在研制的A350超宽体客机复合材料用量提高到了52%,在通用航空领 域许多小飞机的复合材料用量更高,甚至达到了结构重量的90% 以上,可以看出复合材料的应用已经成为民用飞机实现其先进性、经济性和舒适性的重要技术途径之一。然而,由于复合材料和传统的金属材料相比,其材料和应用 的成熟度较低,如何保证复合材料在民机上应用的安全性,如何满足民用飞机的适航性要求,已经成为各国航空适航管理当局、航空工业、飞机设计与制造企业及复 合材料供应商非常关注的问题,近20 多年来随着复合材料用量的逐步增大,美国联邦航空管理局(F A A)、运输部和工业部门组织了大量的研究,在这些研究工作基础上,形成了与复合材料和结构相关的咨询通报、政策声明、 技术报告及工业标准、方法和手册等文件体系,进一步明确了复合材料在民机上应用的适航审查技术要求和程序要求,推荐了可满足适航审查要求的工作指南。这些 文件对美国复合材料在民机上的应用起到了关键的作用,欧洲也部分采用了美国的这些成果,对相关适航审查文件进行了修订。尽管这些成果仍在不断地完善和推广 应用中,但它们代表了发展的方向。

 

我国的大飞机项目已经启动,由于我国在民用飞机研制方面基础薄弱,除在技术上存在较大 挑战之外,如何通过适航审查(尤其是国际适航审查)并获得相 关适航证,从而突破美欧在大飞机领域的垄断和壁垒也是我国发展大飞机必须面对的重大问题,尽管我国民航总局(C A A C)采用的民机适航体系和标准与美国的基本相同,但正如刘大响院士所讲“虽然我们清楚飞机符合什么标准才能进入民航领域进行经营性飞行直至退役,但我们不 清楚这些标准是通过何种试验、如何制订出来的,进而也不清楚如何才能设计、制造出符合适航标准的民用飞机”。我国的大飞机正在开展初步的设计和研制方案论 证,据了解其复合材料的用量可能占结构重量的20% ~ 50%,那么,如何设计和制造出符合适航标准的复合材料结构则更具挑战性。尽管这一问题受到了国内高度关注,但在民机适航审定和取证过程及方法中仍存在一 些模糊或混淆的概念,对复合材料应用中的与适航审定和取证相关的技术要求和程序要求了解较少,因而,到目前为止我国尚未形成解决复合材料应用中适航问题的 规划、计划及指导性文件体系。

 

本文对民机适航审定和取证中涉及材料和复合材料的有关内容进行了介绍,对美国与复合材料应用相关的适航审查技术要求和程序要求及其发展演变趋势进行了综述,以期为我国复合材料在大飞机上应用的适航思路提供借鉴。

 

适航管理和“材料取证”

 

适 航性是指航空器适合在空中飞行的性质或性能,只有满足适航性要求的航空器材才允许使用和飞行。适航管理由各国政府的适航当局负责,适航当局负责 适航管理文件体系(如适航规章和标准等工作)的制定、航空器适航符合性审定和监督等工作,适航管理的范围涵盖航空器的设计、生产和使用的全寿命周期。我国 的适航管理体系基本与美国的相同,即在航空产品设计和发展阶段对适航符合性审定后,发放型号合格证(Type Certification,TC);在产品生产阶段,对航空器制造厂的生产适航符合性进行审定后,发放生产许可证(Production Certification,P C);在产品使用和服役阶段,对注册的民用航空器进行适航符合性审查后,发放适航证(Certification ofAirworthiness,CoA)。美国适航规章FAR21(中国CCAR21)部给出了上述合格证的审定办法和程序。

 

航 空器设计、生产和使用单位向适航当局提出航空器T C、P C 或C o A 申请并接受适航当局的取证,显然,申请人所获得的合格证所针对的对象是航空器,但是我们经常会在一些国内文献中看到“材料取证”或“复合材料取证”等词 语,也经常听到“复合材料等新材料必须首先取证后才能用于民用飞机”、“国外材料已经完成适航取证并在民机上使用,我国大飞机研制时可以直接选用,国内材 料一般未完成适航取证,不能在大飞机上直接选用”的观点。事实上,适航当局主要负责TC、PC 和CoA三大类适航证书的审定和颁发,不会对某个材料进行所谓的“适航审定”,更不会给某家公司的材料颁发“适航合格证”。“材料取证”的说法一种出处可 能是来自于对国外文献中“Material Qualification” 的误译,另一种出处可能来是自国外某家材料供应商展示的其材料在某飞机应用的“证书”。

 

复合材料在民机上应用的适航要求及实施途径和方法

 

由 上节分析可知,对于一个新的飞机型号,设计者首先要向适航当局申请适航型号合格证(T C),适航当局负责对申请人的型号设计和发展进行全面的适航符合性审定,审定的依据为适航当局颁发的飞机适航标准,美国F A A 的适航标准和中国C A A C 的适航标准完全一致:F A R25(C C A R25)部为运输类飞机适航标准,一般指大飞机;FAR23(C C A R23)部为正常类、实用类、特技类和通勤类飞机适航标准,一般为通用航空用飞机或小飞机等;F A R27 和F A R29(C C A R27 和C C A R29)部为旋翼类飞机适航标准,一般指直升机。这些适航标准对飞机各系统给出了全面系统的适航要求,但为了便于执行,适航当局会根据具体的系统和单元制 定相应的咨询通报(A C)和政策声明,以提供可满足适航标准要求的实施途径和方法,T C 申请人必须按照上述要求制定完善的设计、分析和试验计划和方案,在适航当局相关机构的审批和见证下完成这些工作,并提供能够满足适航标准和相关要求的全部 证据,提交适航当局进行审定。

 

材料的相关适航要求主要体现在FAR25.603 和FAR25.613(FAR23.603和FA R23.613) 节中,随着复合材料在民机上的应用和发展,美国于1978年7 月10 日颁布了咨询通报AC20-107“复合材料结构”,这是一份指导性文件,该文件在符合F A A 有关原则的前提下,对复合材料飞机结构制定了一个可以接受但不是唯一的验证方法,该方法类似于今天被普遍接受和使用的复合材料结构积木式验证方法。该文件 适用于FAR23、25、27 和29 涉及的所有航空器的复合材料结构。1984 年4 月25 日F A A颁布了新版本的咨询通报A C20-107A,对其中的某些方面作了重要的修改和完善。此后,此文件成为制定满足适航要求的复合材料结构设计、分析和试验方法的依据。另外,1989 年F A A 颁发了咨询通报A C21-26“复合材料结构制造质量控制”,从而构成了比较完整的适航技术要求和质量控制要求。

 

在 实际操作层面,T C 申请人首先要按适航要求选用已有的型号材料规范或起草新的材料规范(该规范常被称为用户材料规范),在对供应商材料进行筛选的基础上,按F A R25.603和F A R2 5 .6 1 3 ( F A R2 3 .6 0 3 和F A R 2 3 . 6 1 3 ) 、A C 2 0 -1 0 7 A 和A C21-26 的要求编制对供应商材料进行“Q u a l i f i c a t i o n”的计划,“Qualification”是TC 申请人为满足适航审查需要所制定和实施的对材料全面性能进行多批次取样试验和验证的活动,其目的是确定材料性能的变异性(或稳定性)、获得具有一定置信度 和破坏概率的材料许用值和设计值以及材料性能可接受的极限值。

 

从上述活动的内容和目的来看 “Qualification”应该译为“合格性鉴定”(简称为“鉴定”)。鉴定计划应报适航当局相关机构审批,并在 适航当局相关机构见证下由T C 申请人负责执行,计划执行结束后,T C 申请人负责冻结最终的材料规范状态和相应的复合材料及结构制造工艺规范,并将所有文件和数据整理报适航当局有关机构进行适航符合性审查。审查通过后,T C 申请人会将该供应商列入其合格供应商目录或向供应商颁发合格供应商证书或产品鉴定合格证书。所谓的“材料取证”实际上是由TC 申请人组织的“材料鉴定”,材料供应商手中的“证书”实际上是由T C 申请人颁发的合格供应商证书或产品鉴定合格证书。

 

由于材料鉴定由TC 申请人负责进行,因此实施过程形成的数据库、材料规范和工艺规范等知识产权一般归T C 申请人所有,T C 申请人一般不愿将这些数据和知识与其他航空型号设计和制造商共享。

 

对 材料供应商来讲,在进入材料鉴定计划之前,应冻结树脂的配方和预浸料的工艺,形成完整的过程控制文件(P C D),其中包括原材料控制、树脂工艺和性能控制、预浸料工艺和性能控制或相应的产品规范和工艺规范(这些规范一般称为供应商规范),这部分的知识产权一般 也归供应商所有,T C 申请人在必要时可引用这些规范以保证材料的可追溯性,适航当局在进行适航符合性审查时有权利检查这些文件。国外传统的复合材料鉴定基本流程如图1 所示。

 

到 目前为止,国外复合材料在民用飞机上的应用基本上都采用了上述鉴定方法和流程。在这种模式下,如果A 材料通过了甲T C 申请人的鉴定并在该公司航空器上得到了应用,并打算在乙T C 申请人的型号上应用,为了满足适航审查,乙T C 申请人必须进行同样的材料鉴定工作,图2 表示了这种各不同T C 申请人独立进行数据测试和鉴定的模式。这也就是为什么国外在民机上已经应用的材料,不能直接被我国大飞机直接选用的原因,从这方面讲,国外和国内材料在我 国大飞机上应用所需进行的材料鉴定和结构验证工作量是完全相同的。

 

尽 管上述这种模式可以满足适航当局对T C 申请人进行适航审定的要求,但每个T C 申请人都必须单独对材料进行鉴定、形成独立的不能共享的数据库和规范,其他T C 申请人即使使用同一种材料也必须重复材料鉴定工作,这就造成了经费的浪费和时间的耽误,这一点对波音和空客这样的大公司可能不算什么,但对于从事F A R23 部所涵盖的小型航空器设计和制造公司来讲,这些浪费几乎是不可接受的,因此,复合材料鉴定模式的改变首先是从FAR23部涵盖的航空器领域开始的。

 

满足FAR23 部要求的复合材料鉴定、等同和数据库共享方法

 

从1994 年开始在NASA、FAA和美国70 家企业、学术机构和政府机构组织开展了AGATE(AdvancedGeneral Aviation TechnologyExperiments)项目,目的是在满足F A R23、A C20-107 A和A C21-26要求的前提下,发展一种通用的复合材料鉴定和性能等同判断方法和规则,建立共享的数据库,大幅度降低材料鉴定的成本和时间,加快通用飞机设 计、发展进程和适航审定。在2001 年4 月AGATE 计划结束时形成了一套完善的方法,并由F A A 出版了DOT/FAA/AR-00/47(2003年修改完善后改为DOT/FAA/AR -03/19)“聚合物基复合材料体系的材料鉴定和等同”的技术文件,之后AGATE 作为这一方法和共享数据库运营者为许多材料供应商和航空器设计者提供了服务。2003 年FAA 小飞机理事会将 “聚合物基复合材料体系的材料鉴定和等同”作为政策声明出版发表。

 

2005 年N A S A 的技术人员认识到A G A T E 的方法应该从通用航空领域推广到整个航空行业,于是建立了一个永久性机构(National Center for Advanced Materials Performance,NCAMP),与CMH-17 一起来继续优化这些方法,并致力于这些方法的发展和应用,同时也成为共享数据库的运行维护者和服务提供者。

 

为了形成共享的标准化的行业材料规范和工艺规范,F A A 还制定出版了预浸料和复合材料规范及工艺规范编制指南,这些指南包括:

 

(1)DOT/FAA/AR-02/109“碳纤维/ 环氧单项预浸料材料规范的推荐编制标准和指南”;

 

(2)DOT/FAA/AR-02/110“纤维增强聚合物基复合材料工艺规范、指令和控制文件的编制 ”;

 

(3)DOT/FAA/AR-06/10“碳纤维/ 环氧织物预浸料材料规范的推荐编制标准和指南”;

 

(4)DOT/FAA/AR-06/25“液体成型碳纤维复合材料材料和工艺推荐编制标准和初级指南”。

 

尽管目前这些方法尚未在FAR25 部涵盖的运输机类飞机上应用,但随着N A S A、F A A 和有关工业部门的努力,可望未来在大飞机领域得到应用,从而降低成本,加快研制与适航审定的进度。

 

结束语

 

本文对民机适航审定和取证中涉及的复合材料的相关技术要求、程序要求、实施途径和方法及其发展演变趋势进行了综述,希望对我国复合材料在大飞机上的应用和适航审定具有一定的借鉴作用。(end)

引用出處: 

http://www.newmaker.com/art_36272.html

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复合材料在飞机上 的用量和应用部位已成为衡量飞机结构先进性的重要指标之一,复合材料在大飞机上的应用与日俱增。其中A380、波音787以及A350的表现尤为引人注 目。以787为例,复合材料用量已经占据了50%。当前,复合材料制造技术已成为各国研发的热点,其中共固化整体成型技术、液体成型技术、自动化制造技术 及检测技术是先进复合材料发展的基本技术保障。

 

此次分析的数据来源为美国(www.uspto.gov)、欧洲(ep.espacenet.com)和中国(www.sipo.gov.cn) 的3个专利数据库,检索于2008年1月9~11日进行(注:2006年和2007年取得的专利可能还没有进入数据库)。为保证数据全面准确,首先确定了 大飞机复合材料结构制造和检测的关键技术,此次分析将关键技术分为8个部分:胶接/共固化整体成型技术、缝合整体成型技术、液体成型技术、自动铺放技术、 复合材料成型模具技术、复合材料构件无损检测技术、超混杂复合材料技术及热塑性复合材料构件制造技术。然后根据关键技术确定检索词进行检索,最后筛选得到 266篇相关专利,以下分析将以这些专利为基础。

 

大飞机复合材料制造技术发展概况

 

1 制造技术专利现状及发展趋势分析

 

大飞机复合材料结构制造和检测相关技术专利文献在90年代之前的变化不大,申请量也较少,但90年代后期,数量迅速增加,这说明随着复合材料在大飞机上用量的增加,技术要求也越来越高,各国对技术的保护意识也越来越强。

 

目前,在大飞机复合材料结构制造和检测技术的相关专利中,美国占59%,欧洲占19%,中国占2%,其他如日本、加拿大、澳大利亚等大飞机制造商的合作伙伴占18%。

 

美 国大飞机复合材料制造技术的专利文献数量一直处于领先地位,90年代后的增长速度更是迅速,同时日本和欧洲各国的专利近几年也呈现增长趋势,而国内大飞机 的研制工作刚刚开始,许多技术正处于摸索阶段,还没有形成专利体系。 另外,通过IPC国际专利分类号来分析专利的类别,IPC分类号为B29C的专利最多,B32B、B64C和G01N其次,其他的较少。根据 IPC号的分类说明,复合材料的胶接/共固化整体成型,缝合整体成型、液体成型、自动铺放等技术属于B29C;超混杂复合材料及蜂窝夹层共交接结构等属 B32B类;无损检测技术属G01N类。

 

另外,根据所分析的相关专利中,同族专利1125篇,其中47篇在中国申请,其他多数为欧美、日本等国的同族专利。说明在查询日之前,国外大飞机制造厂商知识产权的竞争主要还在欧美和日本等国之间。

 

2 专利技术的生命周期分析

 

专利技术生命周期分析包括申请人和发明人与专利申请时间和申请量的关系。2000年后,大飞机复合材料制造技术的申请人数,发明人数显著增多,申请数量增多,这说明复合材料制造领域的人才正迅速增加,专利技术越来越新,复合材料制造技术已进入飞速成长期。

 

3 主要竞争对手研发实力及整体专利部署情况分析

 

我 国大飞机制造厂商的主要竞争对手是波音和空客,以及他们在世界各地的合作伙伴,如美国Vought、Hexcel公司,欧洲各国的航空公业、日本的三菱重 工、富士重工等公司也掌握着许多复合材料制造的先进技术。此外,还有许多专业技术公司也掌握着先进的技术和设备。波音、空客、洛克希德·马丁公司的专利较 多,其中波音公司的专利几乎占整个大飞机复合材料结构制造与检测技术专利的40%。

 

从主要专利权人专利申请历年分布可以看出,波音公司在 七八十年代就有了大飞机复合材料制造技术方面的专利,90年代末以来,增长更加迅速,专利也 比其他公司多,空客、欧洲宇航防务集团(EADS)和洛克希德·马丁公司在2000年后也出现相关专利,说明复合材料制造技术已经得到各个公司的重视,这 与复合材料的先进性能以及各国对知识产权保护意识的增强是分不开的。

 

大飞机复合材料结构制造和检测相关技术分析

 

从大飞 机复合材料结构制造和检测技术中各个相关技术的发展趋势可以看出,胶接/共固化整体成型技术、自动铺放技术和缝合技术七八十年代就有相关专 利,最近几年增长较快,其他各类技术的专利均在80年代末90年代初出现,并呈波浪势逐年增长,2000年后的增长速度较快,热塑性复合材料专利技术近几 年才出现,而且相关专利文献较少。下面将从专利技术水平、发展概况及我国在该领域的技术现状进行分析,并初步提出相关建议。

 

1 胶接/共固化整体成型技术

 

胶 接/共固化技术可用于连接不同材料、不同厚度、二层或多层结构,其结构重量轻,密封性能好,抗声振和颤振的性能突出,能大量减少零件、紧固件数 目,从而实现复合材料结构从设计到制造一体化成型,在大飞机上的应用前途广泛,是整体化制造的关键技术之一。国外复合材料胶接/共固化整体成型技术从70 年代开始就有相关专利,最近几年申请的专利更多,技术也越来越先进,其中美国最多,主要以波音公司为主,欧洲以空客为主,日本的富士重工也有相关专利文 献,主要应用于共固化整体成型加筋壁板、机身结构,发动机整 流罩,蜂窝夹层结构等,一些专利技术中还阐述了许多目前正在运用的先进制造技术,比如自动生成桁条技术、模具技术、封装方法、组合定位、形位控制等,这些 技术对我国大飞机复合材料技术的开发具有很高的借鉴价值。还有一些专利技术基本覆盖了我们目前的技术,属于高风险专利,在大飞机设计和制造上应予以避免。 另外,也有很多专利从技术方面看仅是个结构概念,比如一些关于加筋壁板结构的专利,在设计和结构上均有很多可以改进和替换的地方,对这些专利的改进,应用 以及形成自己的专利还需根据实际情况进一步研究。从整个专利的分析结果看,国内还没有关于自主知识产权的飞机构件胶接/共固化整体成型技术的专利,虽然一 些技术在国内一些型号上已经展开应用,且与国外一些专利技术水平相当,比如北京航空制造工程研究所的加筋壁板共固化成型技术、蜂窝夹层结构共胶接整体成型 技术,相对国外一些专利的技术水平已有过之,应尽快形成自己的专利,并加以保护。

 

2 液体成型技术

 

复合材料液体模塑成 型技术(LiquidComposite Molding,LCM)是指将液态聚合物注入铺有纤维预成型体的闭合模腔中,或加热熔化预先放入模腔内的树脂膜,液态聚合物在流动充模的同时完成树脂/ 纤维的浸润并经固化成型为制品的一类制备技术,树脂传递模塑(Resin Transfer Molding,RTM)和树脂膜渗透成型工艺(Resin Film Infusion,RFI)是最常见的LCM技术。液体成型技术是先进复合材料低成本制备技术的主要发展方向之一。目前在大飞机上的应用较多的是横梁,桁 条等,另外,A380的机翼后缘、后压力隔框也采用了RFI技术制造。液体成型技术的专利仍然以欧美为主,波音和联合技术公司的专利较多,主要涉及注射设 备和模具技术,有价值的专利一般在最近十几年内。通过对一些专利技术的解读发现,目前北京航空制造工程研究所的模具技术,特别是树脂流道的设计已超越了一 些专利技术,为液体成形转移过程中树脂的流动提供了保障。国内用于大飞机制造的液体成型技术的专利几乎没有,但一些院所正在力赶国外先进技术,目前国内已 购买了高温RTM注射成形机,而流道技术又可以通过改进其形成树脂临时通道的方法形成新的专利,北京航空制造工程研究所的真空辅助成型(Vacuum Assisted ResinInfusion,VARI)技术已超过国外某些类似专利技术,正在申报国防专利,该所还拥有各种用于液体成型的环氧树脂体系,并将结合 VARI工艺在ARJ21飞机上应用。

 

3 缝合整体成型技术

 

缝合技术是采用缝纫对增强织物叠层块(预制件)沿厚度方向用 纤维增强。可以大幅度提高构件的层间强度,增加抗冲击损伤能力,从而进一步提高复合材 料结构效率,降低结构重量。从目前的专利看,国内外均有一定的研究,但主要涉及概念和影响因素,在军机和航天上的应用较多。国外从80年代就出现相关专 利,国内近几年才出现,有一些具有新颖性和借鉴价值的技术,比如有专利就提出了一种缝合点阵复合材料夹层板结构,还有关于缝线类型、走向、缝合密度、缝合 张力等的专利,另外,还有一些关于整体缝合夹芯结构的专利。除缝合外,还有Z-pin增强技术,查询发现仅波音公司申请了一系列专利,包括Pin增强夹层 结构和Pin增强层板。目前,北京航空制造工程研究所已完成锁式缝合、Tufting缝合、OSS缝合试验件的研究,并在此基础上,通过RTM、RFI和 VARI工艺分别成形了各种结构的缝合典型试验件,并完成力学性能测试,完全可以根据缝合和其他成型方式的结合产生新的发明专利。Z-pin技术在国内处 于试验阶段,还未在典型结构件上展开应用。

 

4 自动铺放技术

 

自动铺放技术是近30年来发展和广泛应用的自动化制造技 术,包括自动铺带技术(Automated Tape Laying,ATL)和自动铺丝技术(Automated Fiber Placement,AFP)。这2项技术的共同优点是采用预浸料,并能实现自动化和数字化制造,高效高速,特别适用于大型复合材料结构件制造,尤其是大 飞机的结构制造,如A380的安定面蒙皮和中央翼盒、787的机翼蒙皮和机身等。自动铺放技术专利主要针对设备和铺放控制问题,波音等公司在预浸丝束的分 散,传递,多头铺放技术,铺放过程中的控制,计算机辅助模型等问题上均有相关专利;设备方面的专利以Cincinnati Machine,Ingersoll公司为主,国内南京航空航天大学在抽纱、铺放及丝束切割技术上也有相关专利。

 

5 复合材料成型模具技术

 

复 合材料成型模具技术贯穿于复合材料制造的各种技术中,在大飞机上应用的专利仍以国外为主,有一些具有很高的借鉴价值,如有介绍气囊成型复合材料 薄壁结构控制拐角质量方法的专利;有介绍阴、阳模成型技术解决拐角缺料的方法;有介绍用来制造回转体的水溶性模具的专利,还有介绍成型复合材料大型构件连 接分段芯模的工具和多模块叠合模具,其中也有不少技术水平与目前国内技术水平相当,如某专利的加筋壁板定位所用工装模具技术在国内就有类似。模具随成型工 艺的变化较大,根据不同的工艺技术合理改变模具的设计和制造方法,可以达到即借鉴国外先进技术又防范产权侵犯的效果,另外开发新材料,采用新技术也是一种 避开专利地雷的好方法。

 

6 复合材料构件无损检测技术

 

复合材料构件无损检测技术的专利主要是针对复合材料结构的检测系 统、方法与设备,这部分专利以波音公司的专利为主。用于大飞机复合材料检测的主要 是超声无损检测法,涉及到大面积的快速检测和复杂结构的检测,主要还是超声检测法。目前,北京航空制造工程研究所的反射法超声检测系统已经用于复合材料构 件的检测,另外,还研制出电子散斑干涉测量仪,大型构件超声C扫描技术和复杂形状构件的检测技术正在研究中。

 

7 超混杂复合材料技术

 

超 混杂复合材料即金属-纤维复合材料层板,目前用于大飞机的主要是A380机身蒙皮的GLARE层板(铝箔-玻璃纤维复合材料层板),其具有优良 的抗拉-压疲劳性能,同时可以大大提高了缺口断裂性能。这部分专利属荷兰福克(Fokker)公司的较多,但大部分是概念性问题,不具有新颖性,个别具有 参考价值的如介绍液态树脂在真空作用下浸润纤维-金属层板的方法,类似于RTM工艺。除了热固性树脂浸润纤维-金属片外,还有以热塑性树脂作为基体的金属 -纤维层板,另外,还有一些介绍钛合金-纤维增强复合材料层板制备方法的专利,超混杂复合材料层板技术国内正在研究中。

 

8 热塑性复合材料构件制造技术

 

目前,热塑性复合材料构件在大飞机上的应用较少及制造技术的专利也不多。其中空客公司申请的专利有介绍热塑性复合材料飞机地板梁和蒙皮的制造,热塑性复合材料的焊接专利以波音公司为主,还有一些包括热塑性层板的制造以及蜂窝夹层结构胶接专利。国内目前在这方面的专利较少。

 

对我国大飞机复合材料制造与检测技术发展的建议

 

由 七八十年代至今国外所发表的专利,几乎涵盖了复合材料制造与检测的各种技术,美国以波音公司为主,又占据了大部分专利,他们经过多年的技术积 累,在复合材料制造技术方面已经有了较为先进和完整的专利体系,有些重要的核心专利,专利权人在其即将到期时又重新申请,以延续其知识产权的保护,在这种 情况下,后来者的创新难度较大,但是前人富有成效的工作和创新思路,又会给后来者莫大的启示,使之有可能在前人工作的基础上,开发和发展自己的知识产权。 目前大飞机的研制刚刚起步,在研制时应密切关注国外的技术动向。因此,借鉴、改进、创新是拥有自己关键技术的根本。

 

从大飞机复合材料的 制造和检测各项技术看,胶接/共固化整体成型技术是目前复合材料整体化制造的关键技术,包括加筋壁板的整体成型技术,共胶接蜂 窝夹层结构技术,这些技术的专利体系比较完整,而国内又没有申请,在大飞机的研制时,应谨慎小心,积极吸收国外技术,将其逐步转变为自己的技术,并形成大 量专利。

 

缝合、液体成型技术包括缝合技术和液体成形技术,这些技术的变化具有多样性,完全可以根据材料体系和设计方式合理避开国外专利的干扰,形成自己的技术。

 

自动铺放技术包括设备,控制等问题,目前,设备可以通过联合开发或引进国外技术来实现,控制技术及数字化制造技术还需进一步摸索,一旦成熟即可形成自己的专利并加以保护。

 

模具技术包括模具材料和模具的设计,开发新工艺、新材料、新模具应成为研制过程中模具技术的主题。无损检测技术最主要的是检测设备的制造及检测方法的建立,应该将自主创新和引进先进技术结合起来,避开产权侵犯。

 

超 混杂复合材料技术在国内还处于研发阶段,若要用于大飞机的制造上应从多方面着手,合理避开产权侵犯风险。热塑性复合材料目前在大飞机上的用量较少,专利不 多,这就给国内有了原创的机会,有关院所可以根据实际情况抓紧攻关,尽早形成自己的专利。(end) </span>

引用出處: 

 http://www.newmaker.com/art_33761.html

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切削厚度:根據刮削餘量確定。淬硬齒輪的單側齒面刮削餘量一般為 0.3~0.6mm。可一次切除,但過大的切削用量將降低刀具的耐用度。推薦值見表,。刮削方式:機床蝸輪副存在間隙時,採 用順刮比逆刮要好,可消除間隙帶來的振動和誤差,減小崩刃。切削液硬齒面刮削可採用乾式切 削。如果採用濕式切削,則所用切削油必須為低粘度切削油,因為硬齒面刮削使用切削油的主要目的是冷 卻而不是潤滑。

 

若使用高粘度油,工件與滾刀就會發生讓刀打滑,引起 滾刀崩刃。用作冷卻劑的油在40℃時粘度應在10~20cst。含鉬添加劑的低粘度油比較適於硬齒面刮削。3結束語 當今齒輪製造業對齒輪質量及運動精度的要求越來越高,精加工淬硬齒輪已顯得日益重要。硬齒面刮削在 發達國家已得到廣泛應用,我國也有不少單位對這一工藝進行了比較深入的研究。近年來,隨著機床結構 的不斷改進,機床及工件夾具剛性的提高,新的刀具材料的成功研製,特別是塗層技術的發展,硬齒面刮削的加工質量及穩定性都日益提高,這一工藝已越來越受到 眾多齒輪製造商的青睞。雖然目前消除齒輪熱處理變形仍以磨齒加工為主要手段,但是,隨著硬齒面刮削 技術的日漸成熟,這一工藝必將得到更加廣泛的應用。

 

 

引用出處:

http://tw.myblog.yahoo.com/lifung-biz/article?mid=4318&prev=4319&next=4315

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二十年前,切削液曾是非常便宜,在大多數加工過程的成本中,其所占比例不到3%。以至沒有誰會對此多加注意。可是,現在不一樣了,切削液在車間生產成本中所占比例上升為15%,這就不得不引起生產經營者的極大關注。

 

特別是那些含油的切削液已經成為一項很大的支出。更重要的是它的排放污染環境,國外環保部門要監控這些混合製劑的處理。而且,許多國家和地區也把它們劃歸為危險廢物,如果其中含有油和某些合金,還要採取更為嚴厲的控制措施。

 

再 有,許多高速加工工序加了切削液會產生煙霧,環保部門也限制切削液煙霧釋放量要在允許範圍內,職業安全和職工健康管理部門為了降低切削液煙霧排放允許值, 正在考慮一項諮詢委員會的建議。其中包括制定比較高的切削液的價格政策。因此,越來越多的廠家開始採用乾切,以避免這筆費用和與切削液處理相關連的麻煩。 

以 前,金屬加工行業使用切削液已形成"習慣",所以推廣乾式切削的主要障礙是這種習慣勢力,他們認為切削液是取得良好加工表面、提高刀具壽命所必須的。也有 許多人認為變濕切為乾切,費用可能會更高。其實兩種看法都不對。對於多數金切件,乾切應該是"標準加工環境"。在高速下乾車、乾銑淬硬材料不僅可能,而且 更經濟。

 

關鍵是要知道如何正確地選擇刀具、機床和切削方法。儘管切削液在有些場合還是需要的,可是研究表明:由於今天 的刀具材料有了很 大 發展,情況也在不斷的變化。新的硬質合金牌號特別是那些塗層牌號,在高速、高溫的情況下不用切削液,切削效率更高。事實上,對於間斷切削,切削區溫度越 高,越不適合用切削液。

 

先來看看銑削,假定 切削液能克服高速旋轉的銑刀引起的離心力,那它在到達切削區之前也就已經蒸發了,它的冷卻效果是很小的甚至沒有。而應用切削液刀具會產生溫度的激烈變化, 銑刀刀片自工件切出時冷卻,再切入時溫度又上升。儘管在乾切削時也有類似的加熱和冷卻迴圈產生,但是加了切削液這種溫度變化要大得多。溫度急劇變化在刀片 中產生應力,會導致裂紋的產生。

 

類似的情況 在車削中也會出現,例如用非塗層硬質合金,在速度高於130m/min時,車削中碳鋼,刀尖切入工件不到40秒,然後暴露在冷卻液中,就能很明顯地表現出 熱衝擊的損害。這種熱衝擊加快了月牙窪磨損和後面磨損,從而大大地縮短刀具壽命。對於大多數車削加工,乾切通常能延長刀具壽命。

 

然而,對於鑽削則是另一種情況。鑽削時切削液是必要的,因為它提供了潤滑和從孔中沖出切屑。沒有切削液,切屑可能粘在孔內,並且表面粗糙度平均值(Ra)可能達到濕鑽時的兩倍。在這種情況下,切屑液也能減少所需的機床扭矩,因為鑽頭邊緣上與孔壁接觸的點得到潤滑。

 

儘管塗層鑽頭也能夠起到類似切削液的潤滑效果,塗層還能減少切削力並能使磨擦阻力趨向最小。從總的效果來看,目前還不能完全代替切削液。用哪種型號的切削液要根據具體情況,潤滑性切削液用於低速加工難加工材料以及表面粗糙度要求較高時比較好。

 

而冷卻能力較高的切削液,可以增強易切削材料高速加工性能,可以用於有產生積屑瘤傾向或有嚴格的尺寸公差的情況下。

 

可 是許多時候用了切削液取得了某些效果,但它需要很高的額外費用,也帶來非常有害的環境污染,這是不值得的。應該看到,現代的切削刀具能承受更高的切削熱, 具備高速切削所需的性能。必要時可以用壓縮空氣從切削區吹走熱的切屑,以取代切削液。▇ 在乾式切削中刀具材料的選 用...............................................................................

 

1. 高速乾式切削最好的塗層是氮鋁鈦

 

現 今,切削液通常不再必要的重要原因是有了塗層。它們通過抑制從切削區到刀片(刀具)的熱傳導來減緩溫度的衝擊。塗層的作用就象一層熱屏障,因為它有比刀具 基體和工件材料低得多的熱傳導係數。因此,這些刀具吸收的熱量較少,能承受較高的切削溫度。無論是車削還是銑削,塗層刀具都允許採用更高效的切削參數,而 不會降低刀具壽命。

 

塗層厚度在2到18μm 之間,它在刀具性能方面起著重要的作用。較薄的塗層比厚的塗層在衝擊切削時,經受溫度變化的性能要好,這是因為較薄的塗層應力較小,不易產生裂紋。在快速 冷卻和加熱時,厚的塗層就象玻璃杯極快地加熱冷卻一樣,容易碎掉。用薄塗層刀片進行乾式切削可以延長刀具壽命高達40%,這就是物理塗層常用來塗圓形刀具 和銑刀片的原因。PVD塗層往往塗得比化學塗層要薄,與輪廓結合得較牢固。另外,PVD塗層可以在低得多的溫度下沉積在硬質合金上,因此,它們更多地應用 於非常鋒利的刃口及大的正前角銑刀、車刀。

 

雖 然塗層材料氮化鈦,在所有塗層刀具中佔有80%。然而在高速乾式切削的情況下,最好的PVD塗層是氮鋁鈦(TiAlN),它的性能在高溫連續切削時,優於 氮化鈦四倍,例如用於高速車削。TiAlN塗層對於處在較高的熱應力條件下的刀具,也勝過其他塗層。象乾式銑削及那些小直徑孔的深孔鑽削切削液難以到達的 部位。

 

TiAlN在切削溫度下比TiN更 硬,且具有熱穩定性,PVD塗層利用了它的抗化學磨損性能,它的硬度高達維氏3500度,它的工作溫度高達1470°F(800℃)。材料科學家推測:這 些性質可歸功於非結晶的氧化鋁薄膜,它是當高溫時塗層表面中的一些鋁氧化後,在切屑/刀具介面上形成的。

 

這項研究特意選用超薄多層PVD塗層,這種沉積過程產生的塗層由上百層組成,每一層僅有幾個納米厚。而一般的PVD塗層的沉積物只有幾層微米級厚度的塗層。

 

儘 管PVD塗層有很多優點,但是對於加工大多數黑色金屬,CVD塗層仍然是更受歡迎。在CVD加工過程中,沉積溫度比較高有助於提高結合強度,並且允許基體 中有較高的鈷含量,這樣刀刃的韌性好,提高抗塑性變形的能力。由於CVD塗層比PVD塗層厚,就要求在它們的刃口處進行鈍化,以防止塗層剝落,同時也能有 助於提高刀具的抗磨損性能。允許採用進給量可達0.035英寸/轉(0.9mm/r)。

 

CVD 是在刀具上沉積一層有用的氧化鋁的過程,這是人們熟知的最耐熱和抗氧化的塗層。氧化鋁是不良導體,它把刀具與切削變形而生成的熱量隔開,促使熱量流到切屑 中。這是一種極好的CVD塗層材料,主要用於在乾切時使用的硬質合金車刀。它在高速切削時還能保護基體,是最好的抗磨料磨損和月牙窪磨損的塗層。

 

塗 層刀片有較長的刀具壽命,它在乾式銑削比濕式銑削更穩定。更高切削速度會使切削溫度進一步升高。例如,在14000轉/分和1575英寸/分(40m /min)的切削速度下乾式切削加工鑄鐵,能把刀具前面的切削區加熱到600°~700℃。其金屬切除率就類似於銑削鋁,這時在鑄鐵上產生的溫度就高於常 規刀具。2. 金屬陶瓷、陶瓷、CBN、PCD的選用

 

切 削速度越高就要求刀具材料更耐磨,還要求具有較高的熱硬性。金屬陶瓷、立方氮化硼以及兩種適合精細加工需要的陶瓷--氧化鋁和氮化矽(現代術語"陶瓷"包 含氧化鋁和氮化矽,而不象過去單指氧化鋁),它們的應用日漸普及。聚晶金剛石是另一種乾式切削情況下使用的刀具材料。在所有這些材料中,它們都有較高的紅 硬性和耐磨性,需要權衡考慮的是脆性較大。

 

◆. 金屬陶瓷是 一種先進的硬質合金。金屬陶瓷比常規硬質合金能承受更高的切削溫度,但是缺乏硬質合金的耐衝擊性、在中型到重型加工時的韌性、以及在低速大進給時的強度。 金屬陶瓷在小的和不變的負荷時,也象常規硬質合金那樣,有差不多的刀刃強度。但是它在高切削速度下的耐高溫和耐磨性能更好,持續時間更長,加工的工件表面 更光潔。當用於加工軟的和粘性的材料時,它也有較好的抗積屑瘤性能,表面質量很好。

 

較好的高溫硬度來自配料時加入的鈦的化合物。金屬陶瓷是硬質合金的一種型式,它含有堅硬的鈦基化合物(碳化鈦、碳氮化鈦和氮化鈦),粘結劑是鎳或鎳鉬。由於金屬型粘結劑的溫度局限性,典型的金屬陶瓷牌號,在加工的材料硬度超過HRC40時,不具備足夠高的熱硬性。

 

金屬陶瓷比起塗層和非塗層硬質合金,對斷裂和進給引起的壓力更加敏感。因此,它最好用於高精度工件和表面質量要求較高時。理想的加工工序是切削那些連續的表面。

 

車 削碳鋼時,進給量的上限通常是0.025英寸/轉(0.635mm/r)。一般用途的銑削,可以在高的主軸速度、中等進給量的條件下進行。如果滿足這些條 件,在大量生產時金屬陶瓷能長時間地保持鋒利的切削刃。如果金屬陶瓷是在傳統的切削速度和進給量下使用,比起硬質合金刀具能改善了刀具壽命和表面質量,也 能提高生產率,對於切削合金鋼時其提高幅度為20%,對於切削碳鋼、不銹鋼和軟鐵時為50%。

 

 

◆. 陶瓷陶瓷刀具類似於金屬陶瓷,它比硬質合金有更高的化學穩定性,可在高的切削速度下進行加工並持續較長的時間。純氧化鋁可以耐非常高的溫度,但是它的強度和韌性很低,工作條件如果不好,容易破碎。

 

為了減低陶瓷對破碎的敏感性,在企圖改善其韌性、提高耐衝擊性能時,加入了氧化鋯或加入碳化鈦與氮化鈦的混合物。儘管加入了這些添加劑,但是陶瓷的韌性比硬質合金還是低得多。

 

另一個提高氧化鋁陶瓷韌性的方法是在材料中加入結晶紋理或碳化矽晶須,通過這些特殊的平均起來僅有1納米直徑,20微米長很結實的晶須,相當程度地增加了陶瓷的韌性、強度和抗熱衝擊性能。在組成上,晶須可高達30%。

 

象氧化鋁一樣,氮化矽比硬質合金有更高的熱硬性。它耐高溫與機械衝擊的性能也比較好。與氧化鋁陶瓷相比它的缺點是在加工鋼時它的化學穩定性不很好。可是,用氮化矽陶瓷可在1450英尺/分(442m/min)或更高的速度下加工灰鑄鐵。

 

雖然使用陶瓷刀加工效率可以很高,但是應用必須正確。例如,陶瓷刀具不能用於加工鋁,而對灰鑄鐵、球墨鑄鐵、淬硬鋼和某些未淬硬鋼、耐熱合金則特別適合。可是對這些材料而言,應用得成功還有賴於開始切削之前刀具刃口外觀的準備、機器和裝備的穩定性和選用最佳的加工參數。

 

 

◆. CBNCBN 是一種非常硬的刀具材料,通常最好用來加工硬度高於RC48的材料,它有極好的高溫硬度--高達2000℃,儘管比硬質合金要脆得多,比陶瓷耐熱性和化學 的穩定性要差,但是它比陶瓷刀具有較高的衝擊強度和抗破碎性能。對於切削淬硬金屬時,機床剛性可以稍差。此外,一些特製的CBN刀具能抵禦高功率粗加工的 切屑負荷,間斷切削的衝擊以及精加工時的磨損和切削熱。

 

對於要求嚴格的零件,應對設備進行適當的調整,以提高機器和裝備的剛性。刃口倒鈍應足夠大以防止微觀剝落和使刀具基體上有一定厚度的CBN層,這就能使刀具在高速、重負荷、劇烈的間斷負荷下工作。這些特點使CBN成為粗加工淬硬鋼和珠光體灰鑄鐵所選用的刀具材料。

 

刀 具帶有一薄層CBN是比較脆弱的,但是它用於加工淬硬的鐵合金又是比較好的刀具材料。CBN具有低的導熱係數和高的壓縮強度,經受得了由於高切削速度和負 前角產生的切削熱。在切削區內由於較高的溫度使工件材料軟化,有助於切屑的形成。負的幾何角度加強了刀具,穩定了切削刃,改善了刀具壽命和允許在小於 0.010英寸(0.254mm)的淺切深下進行加工。

 

在乾式車削淬硬工件的情況下,由於CBN刀具可以加工出小於16微英寸(0.4μm)的表面質量,並能控制±0.0005英寸(0.0127mm)的精度,因此常用它取代磨削工序。

 

CBN刀具很適合淬硬車削和高速銑削加工。而對於這個應用範圍,陶瓷和CBN是重疊的。因此,進行成本效益分析是非常必要的,以確定哪一種材料將提供最好的效果。

 

 

◆. PCD刀具聚晶金剛石作為最硬的刀具材料,它是最耐磨的。它的硬度和耐磨性來自各金剛石晶體間無一定方位的粘結,這種晶體方位各異的排列抑制了裂紋的擴展。使用時,將PCD小片粘結到硬質合金刀片上,這可增加它的強度和抗衝擊性能,其刀具壽命是硬質合金的100倍。

 

然而,某些性能限制了它在很多加工工序的使用。其一是PCD對黑色金屬中鐵的親和力,引起化學反應,這種刀具材料只能用於加工非鐵零件。其二是PCD不能經受切削區超過600℃的高溫。因此,它不能切韌性、高延展性材料。

 

PCD 刀具特別適於加工有色金屬,特別是對摩擦很厲害的高矽鋁合金。採用鋒利的切削刃和大正前角高效切削這些材料,使切削壓力和積屑瘤達到最小。▇ 刃口強化、 刀具幾何參數與排屑 .........................................................................

 

儘管近幾年物理的進步與應用開發,用金屬陶瓷、陶瓷、CBN和PCD製造的刀具仍然是比硬質合金要脆得多,不能經受太多的壓力,因此用這些材料製造的刀具必須結合其特點進行設計,即對它加強支撐、分散壓力。

 

這一點很重要。例如,為了要改變磨削力的方向,使力從切削刃往裏向著刀體,切削刃必須經過加工——刃口準備。有這樣三種刃口準備而且其大小還要適當:T型刃帶、強化、T型刃帶強化。

 

 

◆. T型刃帶就是一個倒棱--在刃口上磨出的窄的平面,以取代較脆弱而鋒利的刀刃。刀具設計者的一個重要任務就是要找出最小的平面寬度和能賦予刀刃適當強度和壽命的角度;因為大的寬度和加強刀片的角度無疑會增切削力。

 

◆. 強 化就是圓整一下鋒利的刃口。雖然強化不象T型刃帶那們有棱有角,但是強化對用於精加工的先進的刀片材料效果很好。這些強化刀具應該用於淺切深、低速進給、並保持切削壓力最小。

 

◆. T型刃帶強化當強化用於倒棱的前面與後面相交處時,也能加強T型刃帶。在應用中,微小的剝落發生時(就象用陶瓷刀粗車鋼),強化能分散這些點上的壓力,沒有使倒棱變大而加強了刀具刃口。

 

刀 具設計者除了針對工件確定最適合的刀具刃口外,還必須優化刀具的幾何角度和排除切屑能力。通過增加後角來減小切削力和對刀具的壓力,也降低了切削區的溫 度。要使正前角盡可能地大,這樣由於較好的剪切作用能減少切削力。寬闊的容屑槽有助於切屑的排除,尤其是對鑽削和螺紋加工。

 

另 一個使切削力降低的方法是在高速下切削。為了提高效率,寧可在很高的主軸速度下,把大的進給量減小,而不用增加進給量的方式。此外,現在的銑刀比五年前要 精確得多,銑床和車床的機械穩定性、剛性也更高了,因而排除了可能的振動。所有這些都有利於脆的、較硬和耐磨的刀具材料的應用。

 

應 用能抗高溫刀具的另一個有利因素是切屑形成有極高的效率。例如切削鑄鐵,熱量使切削區的材料成為可塑體,這樣就降低了切削區工件材料的強度。其結果是比普 通粗加工金屬切除率增加三倍。因為進給速度很高,刀具對金屬材料切除得非常快,以至大量的熱量停留在切屑中,沒有時間傳到工件和使它變形。儘管切削溫度很 高,工件溫升卻很小,比起在常規用量下切削所得到的工件精度也要高。

 

用低軸向力精加工也能使工件、夾具、機床靜變形最 小化。這樣的工序要求利用粗齒銑刀,低進給和銑刀高轉速。由於夾持工件所需夾緊力小,工裝夾具可以簡單。對於棱形工件有較寬敞的銑刀通道。▇ 乾式切削需 要考慮的事項 .....................................................................................

 

採用乾式切削加工時,選定正確的機床和恰當的裝備是很重要的。因為速度特別快,材料又常常較硬,乾式切削加工時切削溫度很高,機床必須剛性足、馬力大。

 

在加工中心上進行乾式切削之前,操作者應該儘量保持其工具伸出長度較短,主軸是處在剛度最佳的情況下,還要考慮機床的速度、額定功率。

 

談 到車床工近淨成型(nearnet shape)的和淬硬的零件,刀具轉塔可以對著機床剛性強的方向進行加工,因為這個方向的長導軌能把切削力分散。設計得好的機床,能直接在短導軌上分散這 些切削力,並且刀架由最少的零件組成,卻能移動和支撐刀具。在相對於柔性更重視精度時,則應該考慮用螺栓將一組刀具直接固定在橫拖板上避免回轉分度機構。

 

熱穩定性對精度是非常關鍵的。一些製造商採用軟體提高了他們的加工中心的精度,這些軟體補償了溫度的影響。然而,控制溫度應該從有效地排除熱切屑開始,因此要排除密封的工作區內部重要的熱源。

 

優秀的機床設計,機床裏沒有那些能聚集切屑的窪坑和高臺。用排屑螺旋與傳送器儘快將切屑排出機床外,而不用切削液協助沖走。如果排屑出了問題,用壓縮空氣取代液體。

 

為了保護滾珠絲杠、導軌,伸縮套管,防護罩、密封條和灰塵收集器還是需要的。如果需要一台乾切削的機床,可以把原來設計好的機床從濕式切削操作轉變為乾式切削操作,通常也是比較便宜。需要添加的灰塵收集器和空氣傳送系統,比濕式切削加工相應的油霧收集器和冷卻泵稍微貴些。

 

乾式切削加工操作成本也是比較低的,因為它避免了冷卻液的管理和處理費用,其次是壓縮空氣耗電比冷卻泵要少。因此,乾式切削的應用會越來越廣泛。

引用出處: 

 http://tw.myblog.yahoo.com/lifung-biz/article?mid=4320&prev=-1&next=4319

歡迎來到Bewise Inc.的世界,首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力,我們是提供專業刀具製造商,應對客戶高品質的刀具需求,我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求,我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質,這是現有相關技術無法比擬的,我們成功的滿足了各行各業的要求,包括:精密HSS DIN切削刀具協助客戶設計刀具流程DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計超高硬度的切削刀具醫療配件刀具設計複合式再研磨機PCD地板專用企口鑽石組合刀具粉末造粒成型機主機版專用頂級電桿PCD V-Cut捨棄式圓鋸片組粉末成型機航空機械鉸刀主機版專用頂級電汽車業刀具設計電子產業鑽石刀具木工產業鑽石刀具銑刀與切斷複合再研磨機銑刀與鑽頭複合再研磨機銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計;從微細刀具到大型刀具;從小型生產到大型量產;全自動整合;我們的技術可提供您連續生產的效能,我們整體的服務及卓越的技術,恭迎您親自體驗!!

BW Bewise Inc. Willy Chen willy@tool-tool.com  bw@tool-tool.com  www.tool-tool.com skype:willy_chen_bw mobile:0937-618-190 Head &Administration Office No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356 http://www.tool-tool.com/ / FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North Rd.,Taipei,Taiwan S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao City,Chiayi Hsien,Taiwan

Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting toolaerospace tool .HSS  DIN Cutting toolCarbide end millsCarbide cutting toolNAS Cutting toolNAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end milldisc milling cutter,Aerospace cutting toolhss drillФрезерыCarbide drillHigh speed steelCompound SharpenerMilling cutterINDUCTORS FOR PCD’CVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) Core drillTapered end millsCVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden FingerPCD V-CutterPCD Wood toolsPCD Cutting toolsPCD Circular Saw BladePVDD End Millsdiamond tool. INDUCTORS FOR PCD . POWDER FORMING MACHINE Single Crystal Diamond Metric end millsMiniature end millsСпециальные режущие инструменты Пустотелое сверло Pilot reamerFraisesFresas con mango PCD (Polycrystalline diamond) ‘FresePOWDER FORMING MACHINEElectronics cutterStep drillMetal cutting sawDouble margin drillGun barrelAngle milling cutterCarbide burrsCarbide tipped cutterChamfering toolIC card engraving cutterSide cutterStaple CutterPCD diamond cutter specialized in grooving floorsV-Cut PCD Circular Diamond Tipped Saw Blade with Indexable Insert PCD Diamond Tool Saw Blade with Indexable InsertNAS toolDIN or JIS toolSpecial toolMetal slitting sawsShell end millsSide and face milling cuttersSide chip clearance sawsLong end millsend mill grinderdrill grindersharpenerStub roughing end millsDovetail milling cuttersCarbide slot drillsCarbide torus cuttersAngel carbide end millsCarbide torus cuttersCarbide ball-nosed slot drillsMould cutterTool manufacturer.

Bewise Inc.  www.tool-tool.com

ようこそBewise Inc.の世界へお越し下さいませ、先ず御目出度たいのは新たな

情報を受け取って頂き、もっと各産業に競争力プラス展開。

弊社は専門なエンドミルの製造メーカーで、客先に色んな分野のニーズ

豊富なパリエーションを満足させ、特にハイテク品質要求にサポート致します。

弊社は各領域に供給できる内容は:

(1)精密HSSエンドミルのR&D

(2)Carbide Cutting tools設計

(3)鎢鋼エンドミル設計

(4)航空エンドミル設計

(5)超高硬度エンドミル

(6)ダイヤモンドエンドミル

(7)医療用品エンドミル設計

(8)自動車部品&材料加工向けエンドミル設計

弊社の製品の供給調達機能は:

(1)生活産業~ハイテク工業までのエンドミル設計

(2)ミクロエンドミル~大型エンドミル供給

(3)小Lot生産~大量発注対応供給

(4)オートメーション整備調達

(5)スポット対応~流れ生産対応

弊社の全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メーカーに貴方のご体験を御待ちしております。   

Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт  www.tool-tool.com  для получения большей информации.

BW is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web  www.tool-tool.com  for more info.

 

beeway 發表在 痞客邦 PIXNET 留言(0) 人氣()

提高燃油效率,目前是汽车工业首要关注的问题。他们努力生产轻质的汽车零部件,帮助车身整体减重,以提高车辆行驶里程。汽车制造商,比以往的任何时候,都更多的看到了复合材料的好处。

 

目 前,全球汽车和卡车制造商都更为迫切面临的同一个问题:生存。全球经济衰退,无数工厂破产,裁员,降低生产数量。根据汽车数据公司报告显 示,2008年,美国轻型卡车和轿车的新车销售量与2007年相比,跌落了18%。欧洲汽车制造商协会表示,2008年整个欧洲地区的汽车销量是过去15 年以来,最差的一年,其中,西班牙记录在案的最大销售跌幅达到了-28.1%,在英国达到11.3%的跌幅。</span>

<span> 使用复合材料代替目前的发动机配件是汽车制造商主要研究目标</span>

<span> 复合材料真是个不错的选择

 

近期的这些不好的消息(如金属材料价格上涨),却着实凸显出了复合材料的优势,提高燃油效率,将多个金属冲压件合并为一件复合材料零部件。

 

燃 料成本的恐慌对于混合动力和电动汽车的发展应该是个好消息,因此我们在2009年底特律举办的北美国际汽车展和2010北京国际汽车展当中,都 看到了大量电动汽车的身影。通用生产的Chevy Volt电动汽车,整车共使用了45.4公斤热塑性塑料,包括在发动机罩和车门,加上在后行李箱盖、车顶和挡泥板使用的未增强聚合物材 料。</span>

<span> Chevrolet的Volt车型,仅塑料部件就达到45.5公斤</span>

<span> 通用汽车公司将几种同类型汽油车量进行了对比,Chevy Volt每年将为驾驶者节约1892升燃油。这项燃油数据的得出,主要是基于:在美国,75%的驾驶者平均每天的行驶距离不超过64公里,这样的行驶距离 对Chevy Volt电动汽车来说,一次充电即可完成。

 

Chevy Volt在制造过程中主要采用了混合热塑性复合材料IXIS® 157(由AZDEL&SABIC Innovative Plastics公司生产),它是一种连续玻璃纤维增强“三明治结构”复合材料,主要可用于轻质车身面板的制作。IXIS复合材料将无序玻纤增强作为夹 芯,连续的单向纤维增强热塑性塑料作为面板。目前,AZDEL&SABIC Innovative Plastics公司正在开发这一系列的另一款新品,IXIS 200。

 

极速跑车

 

位于加州的特斯拉汽车公司生产的双人座 纯电动汽车特斯拉Roadster跑车(Tesla Roadster Sport)在底特律车展上大放异彩。目前该公司已经接到该跑车的订单。特斯拉Roadster最大的特点就是高功率和轻重量。当然,如此轻的车身重量, 还是由于制造过程中,使用了碳纤维/环氧轻质复合材料。特斯拉公司表示,开发该款车型,公司共计耗时两年,经历了设计、原型制作、测试、改进设计、再测 试、会议讨论等过程。

 

特斯拉公司在RTM工艺中应用了碳纤维毡生产汽车行业复合材料零部件。车身面板采用三明治结构,面板为碳纤维复合 材料,芯材为玻璃纤维和聚合物。 公司官方数据显示,特斯拉Roadster0~60公里仅需3.7秒,美国销售起价为12.85万美元,欧洲销售起价为11.2万欧元(不含增值 税)。</span>

<span> 特斯拉Roadster跑车采用创新的轻体碳纤维环氧复合材料车身面板,是纯电动敞篷跑车。</span>

<span> 英国汽车制造商莲花公司,也帮助特斯拉公司一起投入对这款电动车辆的研发工作。预计莲花公司在不久也将推出其电动车型。这也是自从公司在1995年推出 Elise车型后,再次推出其电动系列车型。Evora跑车采用了铝制底盘,复合材料车顶和车身面板,使得车身整体具有更高刚度。

 

减重300公斤?

 

工 程聚合物专家泰科纳公司估计如果汽车制造商现在就使用塑料代替金属,中型客车有望减低50公斤。从中期来看,今天汽车中平均900公斤的钢材和 其它金属确实可以通过使用替代材料如复合材料和混合材料解决方案做到减重300公斤。举个例子,大众公司使用泰科纳公司的Celstran®+型长纤维增 强热塑性材料(以下简称 LFRT)生产高尔夫Plus这款汽车的仪表板。结果是应用新型复合材料不但能够比金属零部件减少加工步骤,而且仪表板的重量能够减重8公斤,并且降低了 生产成本。

 

主营热塑性聚合物的RTP公司将集中生产聚丙烯LFRT商业化,为了更加适合汽车行业的需求。

 

Lucintel 公司①行业研究人员表示,由于具备高耐冲击性和适合制造结构件,LFRT复合材料已成为今日塑料工业领域成长最快的一类原材料。 与金属材料相比,LFRT具有更高的比强度和抗冲击性,提供更大的设计灵活性,和更好的耐化学腐蚀性能。尽管工业原材料数不胜数,但是先进的技术以及满足 汽车工业的需求,是促进LFRT复合材料迅猛发展的主要原因。

 

LFRT复合材料的同类竞争品包括:短纤维增强塑料,玻璃纤维毡热塑性塑 料,SMC/BMC和金属。Lucintel公司的市场研究人员表示,目前在汽车 业应用领域中,SMC正在受到来自玻璃纤维毡热塑性塑料的挑战:后者成型时间更短且保质期更长,而且无论在高温和低温的情况下,其抗冲击性能都更强。因 此,Lucintel公司预计高级玻璃纤维毡热塑性塑料将在今后的汽车工业更广泛用于车身外部面板的制作中。

 

福特汽车公司已明确表示,到 2020年提高40%的燃油效率,减重是能够帮助其实现这一目标的主要途径。根据原型试验车,福特公司的目标是将现行 车辆减重340公斤,而不会降低驾驶安全性能。为了实现这一目标,福特公司的科研人员选中了纳米技术,使产品重量更轻,更具耐久性和提高燃油效率。福特认 为,纳米技术在汽车应用中拥有巨大潜力。

 

复合材料与混合动力

 

我们从去年ACMA②举办的 “Composites+Polycon 2009”展会中看到了很多汽车工业创新型应用的例子。ACMA同时也是ACA③的支持方,后者始终致力于推动热固性复合材料在汽车工业的应用。ACA的 一些企业会员与Reinforced Plastics在展会中广泛讨论了复合材料在汽车产业的发展趋势和创新性,大家对这个观点达成了一致:即复合材料与混合动力汽车是完美搭档。

 

Meridian Automotive Systems公司总裁Jeff Robbins表示,目前他的公司正在与一家树脂工厂合作研发一种“绿色”配方,其中采用了30%回收的、可持续使用的原材料。他们已经采用这种新型原材 料为一辆汽车生产了底盘防护部件,即使形状复杂的零部件也可以制造。这款“绿色”树脂产品的可回收部分,是从饮料瓶和大豆纤维提取的。但是,并非所有的汽 车制造商都乐于使用“绿色”零部件。Robbins说:“我们发现,OEM制造商们会节约生产中的每一分钱,因此很难考虑绿色、环保零部件,相比而言,其 它汽车制造商倒是愿意他们的汽车多一点‘绿色’。”

 

Meridian Automotive Systems公司公关部主任Steve Martin,负责与树脂制造商AOC,谈到了公司目前也在积极研发可回收和非石油为基础的材料。

 

“目前我们已经可以生产非石油基的树脂,它的性能与石油基树脂是完全相同的,或者我们可以说,非石油基树脂具有更好的机械性能和结构性能。”“我们对此该到非常高兴,但是我们的客户和模具制造商并未对此产品持同样积极的态度。”

 

AOC公司也在积极开发新型色浆,以帮助OEM制造商在上色环节降低生产成本。

 

他说:“目前我们正在与Tier One公司共同开发这种新型树脂适合的领域。”

 

Martin表示,热固性塑料始终保持稳定的水平,而热塑性塑料在汽车应用中有抬头的趋势。“这两种原材料确实都有各自的优势,在汽车制造业的应用将会越来越多。”

 

Martin相信,聚合物原材料在汽车业的应用将会逐年增长,原因是,新一代的工程师已经在业内变得越来越成熟,他们不愿倾向于传统原料,而希望为汽车工业寻找更具多样性的原材料。

 

①Lucintel: 美国著名市场研究和咨询公司。 ② American Composites Manufacturers Association (ACMA):美国复合材料制造商协会 ③ Automotive Composites Alliance (ACA):美国汽车复合材料协会(end) </span>

引用出處:

http://www.newmaker.com/art_37286.html

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