Cómo elegir herramientas con recubrimiento de diamante para el mecanizado de CFRP sin delaminación

El problema de las herramientas para piezas de polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP) radica en que son ligeras, resistentes y difíciles de mecanizar de forma consistente. Las fibras de la pieza pueden desgastar el filo de corte, y la resina y la estructura laminada pueden desprender fibras al retirar la herramienta. Una herramienta de corte que parece afilada al inicio de su ciclo puede deteriorarse en tan solo un breve ciclo de mecanizado, alterando el tamaño de los orificios, reduciendo la calidad del filo y aumentando las cargas de recorte.

La elección de herramientas recubiertas de diamante para trabajos con CFRP debe comenzar con las características relevantes de la pieza y el comportamiento de falla deseado. El taladrado, el corte de bordes, el ranurado y el conformado de cavidades tienen diferentes propiedades ópticas con respecto al filo de corte, la rigidez de la herramienta, la eliminación de virutas y la utilización del recubrimiento de diamante.  TSHZ Se desarrollan herramientas de corte con recubrimiento de diamante CVD, así como geometrías especiales para materiales compuestos abrasivos.

Por qué el CFRP daña las herramientas de corte comunes

Las fibras de carbono en el CFRP son duras y abrasivas, y están incrustadas en una matriz polimérica. Dependiendo de la composición del laminado (tejido o multidireccional), las fibras se orientan en diferentes direcciones. Al usar un filo afilado, la resina frente al filo se ablanda debido al calor y el filo penetra en el laminado. Un filo romo, en cambio, empuja el laminado antes de cortarlo.

Algunos ejemplos de daños típicos son el desprendimiento de fibras, el deshilachado, la delaminación, las rebabas y los orificios sobredimensionados o cónicos. El desgaste de los filos de corte también altera la geometría de corte. En una célula de producción, esto puede dar lugar a comprobaciones adicionales, desbarbado manual y piezas rechazadas antes de que se detecte un fallo en la herramienta.

¿Qué aporta una capa de diamante CVD?

El diamante CVD se cultiva sobre un sustrato de carburo o cerámica mediante deposición química de vapor. El diamante CVD tiene una dureza de 9000 a 10 000 HV, un coeficiente de fricción de aproximadamente 0,05 a 0,1 y una alta conductividad térmica. Estas propiedades ayudan a que el filo de corte resista el desgaste abrasivo y disipe el calor de la zona de corte.

Debemos empezar a considerar los recubrimientos como parte de una herramienta y no como una «solución universal» para superar las deficiencias geométricas. Un recubrimiento muy duro sobre un borde con geometría deficiente, con un ángulo de ataque incorrecto, una forma de punta inadecuada o incluso una excentricidad errónea, seguirá causando graves daños al laminado. Los recubrimientos CVD son especialmente útiles al trabajar con materiales muy abrasivos y requieren un borde muy afilado para su correcta aplicación y uso prolongado.

Seleccione la herramienta por operación.

Perforación de agujeros en paneles laminados

Para taladrar, mida el diámetro final, la altura de la pila, las condiciones de entrada y salida, y cualquier característica superficial requerida. Es importante usar una broca corta y rígida para minimizar la excentricidad. Se debe usar un diseño de punta y ranura para eliminar las virutas de la superficie del laminado sin frotar. Registre el mismo nivel de detalle al inspeccionar el orificio en busca de daños después del taladrado que el que registró para las condiciones de entrada, ya que la delaminación suele comenzar donde el orificio tenía menor soporte.

El Insertos de corte con recubrimiento de diamante CVD Esta página muestra la gama más amplia de herramientas superduras de TSHZ para materiales no ferrosos y abrasivos. Para una broca de CFRP o una microherramienta personalizada, envíe la configuración del laminado, el tamaño del orificio, el espesor y el defecto actual para que la geometría se ajuste al trabajo.

Recorte de bordes y aberturas

Para recortar, se necesita un borde que corte las fibras limpiamente en lugar de rozarlas. Elija la proyección más corta posible y sostenga el panel cerca del corte. Una fresa desgastada tiende a aumentar el polvo, el calor y el desprendimiento de material en los bordes. Si la pieza tiene un borde visible, realice una prueba controlada con la disposición real de las fibras en lugar de basarse en la descripción del catálogo.

Un perfil personalizado puede ser útil cuando la pieza incluye un escalón, una brida estrecha o un borde no estándar. Servicio de herramientas de diamante CVD personalizadas Está pensado para dibujos que no pueden ser cubiertos por una fresa o router estándar.

Ranurado y embolsado

El ranurado ejerce una presión adicional sobre la eliminación de las virutas y sobre la rigidez de la herramienta. Procure mantener constante el contacto de la herramienta y, en la medida de lo posible, limite su longitud. Compruebe que no se produzcan derrumbes en la ranura, ya que esto puede provocar la acumulación de polvo. Al trabajar con cavidades de pared estrecha, deje un margen de acabado y complete la pasada final con un filo afilado. Esta pasada no debe arrastrar el material suelto.

Comprobaciones geométricas que importan más que el nombre del catálogo.

Al elegir una herramienta de corte para CFRP, primero defina el diámetro, el número de filos, la hélice, el ángulo de ataque y la longitud. Si bien un mayor número de filos suele ser mejor, también reduce el espacio para el polvo y las virutas. Este factor debe tenerse en cuenta al definir el avance, así como el diámetro, la profundidad y si el corte es abierto o cerrado.

Verifique la excentricidad de la herramienta en la punta, limpie el portaherramientas y mantenga la proyección lo más corta posible dentro de los límites del dispositivo. En trabajos de diámetro pequeño, una pequeña excentricidad de unas pocas micras se transferirá a una de las ranuras, provocando que esta soporte la mayor parte del corte. Esto puede concentrar el calor en un punto de esa ranura y causar un desgaste excesivo, incluso si el recubrimiento está en buen estado.

Para bordes complejos, la capa de diamante CVD se puede controlar dentro de un rango de espesor de 1 a 30 μm. En el caso de las microherramientas, la uniformidad del recubrimiento es importante, ya que una variación excesiva puede afectar el diámetro final de la herramienta, la holgura de la ranura y la tolerancia de embutición. Sería útil ver un dibujo de la herramienta y saber cómo se inspeccionará antes de la liberación del lote.

Configuración del proceso para obtener bordes de composite más limpios

Comience con los límites del fabricante de la máquina y trabaje a partir de ahí. Registre la velocidad del husillo, el avance por diente, la profundidad axial y radial, la extracción de aire o vacío y la cantidad de piezas terminadas. Si bien el corte en seco de CFRP es aceptable, es fundamental extraer el polvo del área de corte y del interior de la máquina.

La delaminación a la salida puede deberse a la falta de soporte del respaldo, a la dirección de la herramienta de corte o a la última parte del corte. Las fibras deshilachadas en el borde de la pieza pueden deberse a un filo desafilado, una hélice incorrecta o al roce de la herramienta contra la pieza. Aumentar la velocidad de corte o el avance sin identificar primero la causa del defecto solo dará lugar a resultados menos estables.

Mida el diámetro del orificio o el ancho del recorte al inicio, a la mitad y al final de la prueba. Tome una fotografía de los puntos de entrada y salida del orificio/recorte en una cuadrícula fotográfica con el mismo aumento que antes. Esto le permitirá establecer una acción de reemplazo basada en la calidad de la pieza, en lugar de una arbitraria basada en el tiempo.

Comparar el costo por pieza terminada

Las herramientas con recubrimiento de diamante son más caras que las de carburo convencional. La comparación de costos más relevante es el costo por pieza de buena calidad, es decir, el costo de la herramienta, el tiempo de corte, el tiempo de cambio, la inspección, el desbarbado, el desperdicio, etc. Los principales beneficios económicos provienen de una mayor vida útil de la herramienta y un menor número de cambios. Estos beneficios deben evaluarse en función del tiempo de corte real, la inspección, el desbarbado, el desperdicio y la frecuencia de reemplazo.

Realice la misma prueba comparativa con el mismo laminado y programa. Una herramienta que dura más pero deja un borde dañado no resulta más económica a largo plazo. Una herramienta que mantiene el mismo ancho de corte y requiere menos reparaciones manuales podría incluso ser más barata que una herramienta aparentemente más económica con un precio unitario mucho mayor.

Cuándo solicitar una herramienta CFRP personalizada

Vale la pena considerar la geometría personalizada cuando la pieza tiene una brida estrecha, un borde escalonado, un radio interno pequeño, un orificio profundo o una tolerancia que las herramientas estándar no pueden cumplir. Comparta el grado del material, la orientación de la fibra, el número de capas, el espesor, el plano de la característica, los detalles del husillo y el defecto exacto que observa.

TSHZ combina el recubrimiento CVD con la preparación de bordes de cinco ejes y un diseño de herramienta no estándar. Servicio de mecanizado de CFRP y materiales compuestos es un punto de partida práctico para una revisión de dibujo. Para un ejemplo o discusión de aplicación, utilice el Página de contacto de TSHZ.

Preguntas frecuentes

¿Las herramientas con recubrimiento de diamante son adecuadas para todos los grados de CFRP?

Pueden ser adecuadas para muchas operaciones con CFRP abrasivo, pero el laminado, las características y la máquina siguen determinando la geometría y los datos de corte. Valide la herramienta en el material de producción antes de su lanzamiento definitivo.

¿Cómo puedo reducir la delaminación del CFRP durante la perforación?

Utilice una herramienta afilada y rígida, mantenga la desviación al mínimo, sujete el lado de salida y controle la parte final del corte. Mida la calidad tanto de la entrada como de la salida durante la prueba.

¿Debe reafilarse una herramienta de diamante CVD?

Generalmente no se recomienda reafilar la herramienta, ya que puede eliminar la capa funcional de diamante y alterar el filo original. Reemplace la herramienta según el desgaste, la deformación dimensional y la calidad del filo.