Comment choisir des outils à revêtement diamant pour l'usinage de CFRP sans délaminage

Le problème d'usinage des pièces en polymère renforcé de fibres de carbone (PRFC) réside dans leur légèreté, leur résistance et la difficulté à obtenir un résultat homogène. Les fibres présentes dans la pièce peuvent abraser l'arête de coupe, et la structure de la résine et du stratifié peut arracher des fibres lors de la sortie de l'outil. Un outil de coupe, pourtant affûté au début de son utilisation, peut se détériorer après seulement quelques heures d'usinage, entraînant des variations de diamètre des perçages, une baisse de la qualité des arêtes et une augmentation des efforts de finition.

Le choix des outils à revêtement diamant pour le travail des composites CFRP doit commencer par la prise en compte des caractéristiques de la pièce et du comportement à la rupture souhaité. Le perçage, le taillage, le rainurage et le formage de poches présentent tous des propriétés optiques différentes en termes de tranchant, de rigidité de l'outil, d'évacuation des copeaux et d'utilisation du revêtement diamant.  TSHZ Des outils de coupe revêtus de diamant CVD ainsi que des géométries spéciales pour les matériaux composites abrasifs sont développés.

Pourquoi le CFRP endommage les outils de coupe ordinaires

Les fibres de carbone utilisées dans les composites à fibres de carbone (CFRP) sont dures et abrasives, et sont incorporées dans une matrice polymère. Selon la composition du stratifié (tissé ou multidirectionnel), les fibres sont orientées dans différentes directions. Avec un outil de coupe tranchant, la résine située devant le tranchant se ramollit sous l'effet de la chaleur, et l'outil pénètre dans le stratifié. À l'inverse, un outil de coupe émoussé repousse le stratifié avant de le découper.

Les dommages typiques incluent l'arrachement des fibres, l'effilochage, le délaminage, les bavures et les trous surdimensionnés ou coniques. L'usure des arêtes de coupe modifie également la géométrie de coupe. Dans une cellule de production, cela peut entraîner des contrôles supplémentaires, un ébavurage manuel et le rejet de pièces avant même qu'une défaillance de l'outil ne soit manifeste.

Qu'apporte une couche de diamant CVD ?

Le diamant CVD est cultivé sur un substrat en carbure ou en céramique par dépôt chimique en phase vapeur. Il présente une dureté de 9 000 à 10 000 HV, un coefficient de frottement d'environ 0,05 à 0,1 et une conductivité thermique élevée. Ces propriétés confèrent au tranchant une excellente résistance à l'usure abrasive et permettent une bonne dissipation de la chaleur hors de la zone de coupe.

Il est impératif de considérer les revêtements comme faisant partie intégrante de l'outil et non comme une solution miracle pour pallier les défauts géométriques. Un revêtement très dur appliqué sur une arête présentant une géométrie défectueuse, avec un angle de coupe, une forme de pointe ou même un faux-rond incorrects, risque d'endommager gravement un stratifié. Les revêtements CVD sont particulièrement adaptés au travail avec des matériaux très abrasifs et nécessitent une arête extrêmement affûtée pour un séchage et un fonctionnement prolongés.

Sélectionnez l'outil par opération

Perçage de trous dans des panneaux stratifiés

Pour le perçage, mesurez le diamètre fini, la hauteur de la pile, les conditions d'entrée et de sortie, ainsi que toutes les caractéristiques de surface requises. L'utilisation d'un foret court et rigide est importante pour minimiser le faux-rond. Un foret à pointe et goujures doit être utilisé pour évacuer les copeaux de la surface du stratifié sans frottement. Lors de l'inspection du trou après perçage, notez le même niveau de détail que pour les conditions d'entrée, car le délaminage commence souvent là où le trou était le moins soutenu.

Le plaquettes de coupe revêtues de diamant CVD Cette page présente la gamme d'outils superdurs de TSHZ pour les matériaux non ferreux et abrasifs. Pour un foret en CFRP ou un micro-outil sur mesure, veuillez indiquer la structure du stratifié, le diamètre du trou, l'épaisseur et le défaut actuel afin d'adapter la géométrie à l'application.

Découpe des bords et des ouvertures

Pour le détourage, il faut une fraise qui coupe les fibres proprement, sans les frotter. Choisissez la plus courte saillie possible et soutenez le panneau près de la coupe. Une fraiseuse usée a tendance à augmenter simultanément la poussière, la chaleur et les risques d'éclatement des bords. Si la pièce présente un bord visible, effectuez un essai contrôlé avec la stratification réelle plutôt que de vous fier à la description du catalogue.

Un profil personnalisé peut s'avérer utile lorsque la pièce comporte un épaulement, une bride étroite ou un bord non standard. TSHZ service d'outils diamantés CVD sur mesure Elle est conçue pour les dessins qui ne peuvent pas être réalisés avec une fraise ou une défonceuse standard.

encoches et poches

Le rainurage sollicite davantage l'évacuation des copeaux et la rigidité de l'outil. Veillez à maintenir un engagement constant de l'outil et à limiter sa longueur autant que possible. Vérifiez l'affaissement de la rainure, qui peut entraîner l'accumulation de poussière. Lors du travail avec des cavités étroites, prévoyez une marge de finition et effectuez la dernière passe avec un tranchant affûté. Cette passe ne doit pas arracher le matériau désormais détaché.

Des vérifications géométriques qui comptent plus qu'un nom de catalogue

Lors du choix d'un outil de coupe pour le CFRP, il convient de définir au préalable le diamètre, le nombre de goujures, le pas d'hélice, l'angle de coupe et la longueur. Bien qu'un plus grand nombre de goujures soit généralement préférable, cela réduit l'espace disponible pour l'évacuation des poussières et des copeaux. Ce facteur doit être pris en compte lors du choix de l'avance, ainsi que du diamètre, de la profondeur de passe et du type de coupe (ouverte ou fermée).

Vérifiez le faux-rond de l'outil à la pointe, nettoyez le porte-outil et veillez à ce que la saillie soit aussi courte que le permet le montage. Lors de l'usinage de petits diamètres, un faux-rond de quelques microns se répercute sur une seule goujure et la force de coupe. Cela peut concentrer la chaleur sur cette goujure et provoquer une usure excessive, même si le revêtement est fin.

Pour les arêtes complexes, l'épaisseur de la couche de diamant CVD peut être contrôlée entre 1 et 30 µm. Pour les micro-outils, l'uniformité du revêtement est essentielle, car une variation excessive peut affecter le diamètre final de l'outil, le jeu des goujures et la tolérance d'emboutissage. Il serait utile de disposer d'un dessin de l'outil et de connaître la procédure de contrôle avant la mise en production d'un lot.

Paramètres de traitement pour des bords composites plus propres

Commencez par respecter les limites indiquées par le fabricant de la machine et travaillez à partir de là. Notez la vitesse de broche, l'avance par dent, la profondeur de coupe axiale et radiale, le système d'aspiration (air ou vide) et le nombre de pièces usinées. Bien que la découpe à sec du CFRP soit acceptable, il est essentiel d'aspirer la poussière de la zone de coupe et de l'intérieur de la machine.

Le délaminage en sortie de passe peut être dû à un manque de support, à l'orientation de l'outil de coupe ou à la fin de la coupe. L'effilochage des fibres sur le bord d'une pièce peut être causé par un tranchant émoussé, une hélice incorrecte ou un frottement de l'outil contre la pièce. Augmenter la vitesse de coupe ou l'avance sans identifier au préalable la cause du défaut ne fera qu'entraîner des résultats moins stables.

Mesurez le diamètre du trou ou la largeur de la découpe au début, au milieu et à la fin d'un essai. Prenez une photo des points d'entrée et de sortie du trou/de la découpe sur une grille photographique réglée au même grossissement qu'auparavant. Cela vous permettra de déterminer la procédure de remplacement en fonction de la qualité de la pièce plutôt que du temps.

Comparer le coût par pièce finie

L'outillage à revêtement diamant est plus coûteux que l'outillage en carbure classique. Le critère de comparaison le plus pertinent est le coût par pièce conforme, c'est-à-dire le coût de l'outillage, le temps d'usinage, le temps de changement d'outillage, le contrôle, l'ébavurage, les rebuts, etc. Les principaux avantages économiques résident dans la durée de vie accrue de l'outillage et la réduction du nombre de changements d'outillage. Ces avantages doivent être évalués au regard du temps d'usinage réel, du contrôle, de l'ébavurage, des rebuts et de la fréquence de remplacement.

Effectuez le même test comparatif avec le même stratifié et le même logiciel. Un outil plus durable, mais qui abîme les bords, n'est pas forcément plus économique à long terme. Un outil qui préserve la même largeur de coupe et nécessite moins d'entretien peut même s'avérer plus avantageux qu'un outil apparemment moins cher, mais dont le prix unitaire est plus élevé, voire plusieurs fois supérieur.

Quand demander un outil CFRP personnalisé

Il est pertinent d'aborder la question d'une géométrie personnalisée lorsque la pièce présente une bride étroite, un bord étagé, un petit rayon interne, un trou profond ou une tolérance incompatible avec l'outillage standard. Veuillez préciser la nuance du matériau, l'orientation des fibres, le nombre de plis, l'épaisseur, le dessin de la pièce, les caractéristiques de la broche et la nature exacte du défaut constaté.

TSHZ associe le revêtement CVD à une préparation des bords sur cinq axes et à une conception d'outil non standard. Service d'usinage CFRP et composites constitue un point de départ pratique pour l'examen d'un dessin. Pour une discussion sur un échantillon ou une application, utilisez le page de contact TSHZ.

FAQ

Les outils à revêtement diamant conviennent-ils à toutes les qualités de CFRP ?

Ces outils conviennent à de nombreuses opérations d'usinage abrasif du CFRP, mais le stratifié, sa structure et la machine déterminent la géométrie et les données de coupe. Il est impératif de valider l'outil sur le matériau de production avant sa mise en service.

Comment puis-je réduire le délaminage du CFRP lors du perçage ?

Utilisez un outil tranchant et rigide, minimisez le faux-rond, soutenez la sortie et contrôlez la fin de la coupe. Mesurez la qualité de l'entrée et de la sortie pendant l'essai.

Un outil diamant CVD doit-il être réaffûté ?

Le réaffûtage est généralement déconseillé car il peut éliminer la couche de diamant fonctionnelle et altérer le tranchant. Remplacez l'outil en fonction de son usure, de sa dérive dimensionnelle et de la qualité du tranchant.