Come scegliere utensili con rivestimento diamantato per la lavorazione di materiali compositi in fibra di carbonio senza delaminazione

Il problema principale nella lavorazione di componenti in polimero rinforzato con fibra di carbonio (CFRP) è che questi materiali sono leggeri, resistenti e difficili da lavorare in modo uniforme. Le fibre presenti nel componente possono abradere il tagliente e la struttura in resina e laminato del pezzo può strappare le fibre dal pezzo durante l'uscita dell'utensile. Un utensile che appare affilato all'inizio del suo turno può deteriorarsi anche dopo un solo turno di lavorazione, alterando le dimensioni dei fori, riducendo la qualità dei bordi e aumentando i carichi di rifilatura.

La scelta degli utensili rivestiti di diamante per la lavorazione del CFRP dovrebbe partire dalle caratteristiche rilevanti del pezzo e dal comportamento di rottura desiderato. Foratura, taglio dei bordi, scanalatura e formatura di tasche hanno tutte proprietà ottiche diverse rispetto all'affilatura del tagliente, alla rigidità dell'utensile, alla rimozione dei trucioli e all'utilizzo del rivestimento di diamante.  TSHZ Vengono sviluppati utensili da taglio rivestiti in diamante CVD, nonché geometrie speciali per materiali compositi abrasivi.

Perché il CFRP danneggia i normali utensili da taglio

Le fibre di carbonio nei materiali compositi rinforzati con fibre di carbonio (CFRP) sono dure e abrasive e incorporate in una matrice polimerica. A seconda della composizione del laminato, che può essere tessuto o multidirezionale, le fibre sono orientate in direzioni diverse. Quando si utilizza un tagliente affilato, la resina davanti al tagliente si ammorbidisce a causa del calore e il tagliente penetra nel laminato. Un tagliente smussato, al contrario, spinge il laminato prima di tagliarlo.

Esempi di danni tipici includono lo sfilacciamento delle fibre, la sfilacciatura, la delaminazione, le bave e i fori sovradimensionati o conici. Anche l'usura dei taglienti modifica la geometria di taglio. In una cella di produzione, ciò può comportare controlli aggiuntivi, sbavature manuali e scarti di pezzi prima che un guasto all'utensile diventi evidente.

Cosa apporta uno strato di diamante CVD

Il diamante CVD viene coltivato su un substrato di carburo o ceramica mediante deposizione chimica da fase vapore. Il diamante CVD ha una durezza di 9.000-10.000 HV, un coefficiente di attrito di circa 0,05-0,1 e un'elevata conduttività termica. Queste proprietà aiutano il tagliente a resistere all'usura abrasiva e a dissipare il calore dalla zona di taglio.

Dobbiamo iniziare a considerare i rivestimenti come parte di uno strumento e non come una "soluzione universale" per ovviare alle imperfezioni geometriche. Un rivestimento molto duro su un bordo con geometria errata, con angolo di spoglia, forma della punta o persino eccentricità non corretti, causerà comunque gravi danni al laminato. I rivestimenti CVD sono particolarmente utili quando si lavora con materiali molto abrasivi e richiedono un bordo molto affilato per indurirsi e durare a lungo.

Seleziona lo strumento in base all'operazione

Foratura di pannelli laminati

Per la foratura, misurare il diametro finale, l'altezza dello strato, le condizioni di ingresso e di uscita e qualsiasi caratteristica superficiale richiesta. È importante utilizzare una punta corta e rigida per ridurre al minimo l'eccentricità. È consigliabile utilizzare una punta con scanalature per rimuovere i trucioli dalla superficie del laminato senza sfregamenti. Registrare lo stesso livello di dettaglio registrato per le condizioni di ingresso durante l'ispezione del foro per verificare eventuali danni, poiché la delaminazione spesso inizia dove il foro era meno supportato.

IL Inserti da taglio rivestiti in diamante CVD Questa pagina mostra la più ampia gamma di utensili superduri di TSHZ per materiali non ferrosi e abrasivi. Per una punta in CFRP o un micro-utensile personalizzato, inviare la stratificazione del laminato, la dimensione del foro, lo spessore e il difetto attuale in modo che la geometria possa essere adattata al lavoro.

Rifilatura dei bordi e delle aperture

Per la rifilatura è necessario un tagliente che tranci le fibre in modo netto anziché sfregarle. Scegliete la sporgenza più corta possibile e sostenete il pannello vicino al taglio. Una fresa usurata tende ad aumentare contemporaneamente la polvere, il calore e la rottura dei bordi. Se il pezzo presenta un bordo estetico visibile, eseguite una prova controllata con la laminazione effettiva anziché affidarvi alla descrizione del catalogo.

Un profilo personalizzato può essere utile quando il pezzo include un gradino, una flangia stretta o un bordo non standard. TSHZ Servizio di utensili diamantati CVD personalizzati È pensato per disegni che non possono essere realizzati con una fresa o un router standard.

Intaglio e tascatura

La fresatura a scanalatura sottopone l'utensile a uno stress maggiore sia per la rimozione dei trucioli che per la rigidità dell'utensile stesso. Cercate di mantenere costante l'impegno dell'utensile e, ove possibile, di limitarne la lunghezza. Verificate che non si verifichino cedimenti del solco di fresatura, che potrebbero causare l'accumulo di polvere. Quando si lavora con cavità a parete stretta, prevedete un sovrametallo di finitura ed eseguite l'ultima passata con un tagliente affilato. Questa passata non deve trascinare con sé il materiale ormai distaccato.

Verifiche geometriche che contano più di un nome di catalogo

Quando si sceglie un utensile da taglio per il CFRP, è necessario innanzitutto definire il diametro, il numero di taglienti, l'elica, l'angolo di spoglia e la lunghezza. Sebbene un maggior numero di taglienti sia generalmente preferibile, un numero maggiore di taglienti riduce lo spazio per la polvere e i trucioli di taglio. Questo fattore deve essere preso in considerazione anche nella definizione dell'avanzamento, del diametro, della profondità e del tipo di taglio (aperto o chiuso).

Verificare l'eccentricità della punta dell'utensile, pulire il portautensili e mantenere la sporgenza più corta possibile, compatibilmente con le dimensioni del dispositivo di fissaggio. Nelle lavorazioni di piccolo diametro, anche una eccentricità di pochi micron si trasferirà a una delle scanalature, facendo sì che questa si occupi della maggior parte del taglio. Ciò può concentrare il calore in un punto specifico di quella scanalatura e causare un'usura eccessiva, anche se il rivestimento è in buone condizioni.

Per i bordi complessi, lo strato di diamante CVD può essere controllato entro un intervallo di spessore di 1–30 μm. Per i micro-utensili, l'uniformità del rivestimento è importante perché variazioni eccessive possono influire sul diametro dell'utensile finito, sul gioco della scanalatura e sulla tolleranza di stampaggio. Sarebbe utile vedere un disegno dell'utensile e sapere come verrà ispezionato prima del rilascio di un lotto.

Impostazioni di processo per bordi compositi più puliti

Partite dai limiti indicati dal produttore della macchina e procedete di conseguenza. Annotate la velocità del mandrino, l'avanzamento per dente, la profondità assiale e radiale, l'aspirazione ad aria o a vuoto e il numero di pezzi completati. Sebbene il taglio a secco del CFRP sia accettabile, è essenziale aspirare la polvere dall'area di taglio e dall'interno della macchina stessa.

La delaminazione in uscita può essere causata da un supporto insufficiente del piano di lavoro, dalla direzione dell'utensile di taglio o dalla fase finale del taglio. Le fibre sfilacciate sul bordo del pezzo possono essere causate da un tagliente smussato, da un'elica errata o dallo sfregamento dell'utensile contro il pezzo. Aumentare la velocità di taglio o l'avanzamento senza prima identificare la causa del difetto porterà solo a risultati meno stabili.

Misurare il diametro del foro o la larghezza del ritaglio all'inizio, a metà e alla fine di una prova. Scattare una foto dei punti di ingresso e di uscita del foro/ritaglio su una griglia fotografica impostata allo stesso ingrandimento di prima. Questo consentirà di stabilire un'azione di sostituzione basata sulla qualità del pezzo anziché su un arbitrario calcolo temporale.

Confronta il costo per pezzo finito

Gli utensili con rivestimento diamantato sono più costosi di quelli in carburo normale. Il confronto dei costi più rilevante è quello per pezzo finito, ovvero costo dell'utensile, tempo di taglio, tempo di cambio utensile, ispezione, sbavatura, scarti, ecc. I principali vantaggi economici derivano da una maggiore durata utile dell'utensile e da un minor numero di cambi utensile. Questi vantaggi devono essere valutati in relazione al tempo di taglio effettivo, all'ispezione, alla sbavatura, agli scarti e alla frequenza di sostituzione.

Eseguite lo stesso test comparativo con lo stesso laminato e lo stesso programma. Uno strumento che dura più a lungo ma lascia un bordo danneggiato non è più economico a lungo termine. Uno strumento che mantiene la stessa larghezza di taglio e richiede meno interventi manuali potrebbe addirittura essere più economico di uno strumento apparentemente più economico con un prezzo unitario più elevato, anche diverse volte superiore.

Quando richiedere uno strumento CFRP personalizzato

La geometria personalizzata è un aspetto da valutare quando il pezzo presenta una flangia stretta, un bordo a gradini, un piccolo raggio interno, un foro profondo o una tolleranza che gli utensili standard non possono garantire. Fornite informazioni sul tipo di materiale, l'orientamento delle fibre, il numero di strati, lo spessore, il disegno delle caratteristiche, i dettagli del mandrino e il difetto specifico che state riscontrando.

TSHZ combina il rivestimento CVD con la preparazione dei bordi a cinque assi e un design dell'utensile non standard. Servizio di lavorazione di CFRP e materiali compositi è un punto di partenza pratico per una revisione del disegno. Per un esempio o una discussione applicativa, utilizzare il Pagina dei contatti di TSHZ.

FAQ

Gli utensili con rivestimento diamantato sono adatti a tutti i tipi di CFRP?

Possono essere adatti a molte operazioni di lavorazione di materiali compositi in fibra di carbonio (CFRP) con abrasivi, ma la geometria e i dati di taglio dipendono comunque dal laminato, dalla conformazione e dalla macchina. Prima del rilascio definitivo, è necessario validare l'utensile sul materiale di produzione.

Come posso ridurre la delaminazione del CFRP durante la foratura?

Utilizzare un utensile affilato e rigido, ridurre al minimo l'eccentricità, sostenere il lato di uscita e controllare la parte finale del taglio. Misurare la qualità sia dell'ingresso che dell'uscita durante la prova.

È necessario riaffilare un utensile diamantato CVD?

In genere, la riaffilatura non è consigliata perché può rimuovere lo strato di diamante funzionale e alterare il filo della lama. Sostituire l'utensile in base all'usura, alla deriva dimensionale e alla qualità del filo.