CFRP加工時に剥離を防ぐためのダイヤモンドコーティング工具の選び方

炭素繊維強化ポリマー（CFRP）部品の加工における問題点は、軽量かつ高強度である反面、安定した加工が難しいことです。部品中の繊維が切削刃を摩耗させ、また、部品の樹脂と積層構造が、工具が部品から排出される際に繊維を引き抜く可能性があります。作業開始時には切れ味が鋭い工具でも、わずか短時間の加工作業で摩耗し、穴径のずれ、エッジ品質の低下、トリム負荷の増加につながることがあります。

CFRP加工用のダイヤモンドコーティング工具の選択は、まず関連する部品特性と望ましい破壊挙動から始めるべきです。穴あけ、エッジカット、スロット加工、ポケット成形は、切削刃の鋭さ、工具の剛性、切りくずの除去、ダイヤモンドコーティングの利用に関して、それぞれ異なる光学特性を持っています。  TSHZ CVDダイヤモンドコーティング切削工具や、研磨性複合材料用の特殊形状工具が開発されている。

CFRPが通常の切削工具を損傷する理由

CFRP（炭素繊維強化プラスチック）の炭素繊維は硬くて摩耗しやすく、ポリマーマトリックスに埋め込まれています。織物積層板や多方向積層板など、積層構成によって繊維の方向は異なります。鋭利な刃先を使用すると、刃先の樹脂が熱で軟化し、刃先が積層板に食い込みます。一方、鈍い刃先は、切断する前に積層板を押し込みます。

典型的な損傷例としては、繊維の引き抜き、ほつれ、層間剥離、バリ、穴の過大化やテーパーなどが挙げられます。切削刃の摩耗も切削形状を変化させます。生産セルでは、工具の故障が明らかになる前に、追加の検査、手作業によるバリ取り、不良品の発生につながる可能性があります。

CVDダイヤモンド層がもたらす効果

CVDダイヤモンドは、化学気相成長法を用いて炭化物またはセラミック基板上に成長させたものです。CVDダイヤモンドは、9,000～10,000 HVの硬度、約0.05～0.1の摩擦係数、そして高い熱伝導率を有しています。これらの特性により、切削刃は摩耗に強く、切削領域から熱を効率的に逃がすことができます。

コーティングは、形状の欠陥を克服するための「万能薬」としてではなく、ツールの一部として捉えるべきです。形状が悪く、すくい角や先端形状、あるいは振れ具合が不適切なエッジに非常に硬いコーティングを施しても、積層材に深刻な損傷を与える可能性があります。CVDコーティングは、非常に研磨性の高い材料を扱う場合に特に有効ですが、セットアップと長時間の加工には非常に鋭利なエッジが必要です。

操作別にツールを選択

積層パネルに穴を開ける

穴あけ加工の際は、仕上がり直径、積層高さ、入口および出口の状態、および必要な表面特性を測定してください。振れを最小限に抑えるため、短くて剛性の高いドリルを使用することが重要です。切削屑を積層材表面から擦り付けずに除去するために、先端と溝の形状を持つドリルを使用してください。穴あけ加工後の損傷検査では、入口の状態と同様に詳細な記録を残してください。剥離は、穴の支持が最も弱かった箇所から始まることが多いためです。

の CVDダイヤモンドコーティング切削インサート このページでは、TSHZ社が提供する非鉄金属および研磨材向けの超硬工具の幅広いラインナップを紹介しています。CFRPドリルやカスタムマイクロツールをご希望の場合は、積層構成、穴のサイズ、厚さ、および現在の欠陥情報をお送りください。作業内容に合わせて形状を調整いたします。

縁や開口部のトリミング

トリミングには、繊維を擦り合わせるのではなく、きれいに切断できる刃先が必要です。作業可能な最短の突起部を選択し、切断箇所の近くでパネルを支えてください。摩耗したルーターは、粉塵、熱、およびエッジの剥離を同時に増加させる傾向があります。部品に目に見える外観上のエッジがある場合は、カタログの説明に頼るのではなく、実際の積層構成で制御された試験を実施してください。

部品に段差、狭いフランジ、または非標準のエッジが含まれている場合は、カスタムプロファイルが役立ちます。TSHZの カスタムCVDダイヤモンド工具サービス これは、標準的なエンドミルやルーターでは加工できない図面向けに設計されています。

スロット加工とポケット加工

溝加工は、切削屑の除去だけでなく、工具の剛性にも大きな負荷をかけます。工具の食い込みを一定に保ち、可能な限り長さを制限するようにしてください。溝の「溝」が崩れて粉塵が溜まらないよう注意してください。壁の狭いポケットを加工する場合は、仕上げ代を設け、鋭利な刃先で最終パスを完了させてください。この最終パスで、緩んだ材料を一緒に引き抜いてしまわないように注意してください。

カタログ名よりも重要な形状チェック

CFRP用の切削工具を選ぶ際には、まず直径、フルート数、ヘリックス、すくい角、長さを決めます。一般的にフルート数が多いほど良いのですが、フルート数が増えると粉塵や切削屑が溜まるスペースが狭くなります。この点は、送り速度、直径、切削深さ、そして切削方式がオープンかクローズドかを決める際に考慮する必要があります。

先端部の工具振れをチェックし、ホルダーを清掃し、治具が許す限り突出部を短く保ってください。小径加工では、数ミクロンの振れでも片方のフルートに集中し、切削の大部分をそのフルートが担うことになります。これにより、コーティングが薄くても、そのフルートに熱が集中し、過度の摩耗を引き起こす可能性があります。

複雑なエッジ形状の場合、CVDダイヤモンド層の厚さは1～30μmの範囲で制御可能です。マイクロツールにおいては、コーティングの均一性が重要です。なぜなら、過度のばらつきは、完成したツールの直径、フルートクリアランス、および絞り公差に影響を与える可能性があるからです。ツールの図面と、バッチ出荷前にどのように検査されるかを知ることができれば、非常に役立ちます。

よりきれいな複合材エッジを実現するための処理設定

機械メーカーの制限値から始めて、そこから作業を進めてください。主軸回転速度、歯当たりの送り量、軸方向および半径方向の切削深さ、空気または真空による集塵、および加工完了した部品数を記録してください。CFRPの乾式切削は可能ですが、切削領域および機械内部から粉塵を除去することが不可欠です。

出口での剥離は、裏打ち材の支持不足、切削工具の方向、または切削の最終段階によって発生する可能性があります。ワークピースの端の繊維のほつれは、刃先の鈍さ、不適切なヘリックス、または工具とワークピースの摩擦によって発生する可能性があります。欠陥の原因を特定せずに切削速度や送り速度を上げると、結果が不安定になるだけです。

試験の開始時、中間、終了時に、穴の直径またはトリムの幅を測定します。穴/トリムの入口と出口を、以前と同じ倍率に設定したフォトグリッド上で撮影します。これにより、時間に基づいた恣意的な交換措置ではなく、部品の品質に基づいた交換措置を確立することができます。

完成部品あたりのコストを比較する

ダイヤモンドコーティングを施した工具は、通常の超硬工具よりも高価です。最も重要なコスト比較は、良品1個あたりのコスト、すなわち工具コスト、切削時間、段取り替え時間、検査、バリ取り、不良品などです。主な経済的メリットは、工具寿命の延長と工具交換頻度の減少にあります。これらのメリットは、実際の切削時間、検査、バリ取り、不良品、および交換頻度と比較して評価する必要があります。

同じラミネート材とプログラムを使用して、同じ比較テストを実行してください。長持ちするツールでも、端が傷んでしまう場合は、長期的には必ずしも安価ではありません。同じトリム幅を維持し、手作業による補修が少な​​くて済むツールは、単価が高くても一見安価に見えるツールよりも、場合によっては数倍も安価になることがあります。

カスタムCFRPツールを依頼するタイミング

部品のフランジが狭い、段差のあるエッジ、小さな内径、深い穴、または標準工具では対応できない公差がある場合は、カスタム形状について検討する価値があります。材料グレード、繊維配向、積層数、厚さ、形状図、スピンドルの詳細、および発生している正確な欠陥についてお知らせください。

TSHZはCVDコーティングと5軸エッジ加工、非標準ツール設計を組み合わせています。 CFRPおよび複合材の機械加工サービス 図面レビューの実用的な出発点です。サンプルやアプリケーションに関する議論には、 TSHZ連絡先ページ.

よくある質問

ダイヤモンドコーティングされた工具は、あらゆるグレードのCFRPに適していますか？

これらの工具は多くの研磨性の高いCFRP加工に適していますが、積層材、形状、および加工機によって形状と切削データが決まります。本格的なリリース前に、生産材料で工具の妥当性を検証してください。

穴あけ加工中のCFRPの層間剥離を軽減するにはどうすればよいですか？

切れ味の良い、剛性の高い工具を使用し、振れを最小限に抑え、出口側を支え、切断の最終部分を制御してください。試運転中は、入口と出口の両方の品質を測定してください。

CVDダイヤモンド工具は再研磨すべきでしょうか？

再研磨は、機能的なダイヤモンド層を除去し、設計された刃先形状を変化させる可能性があるため、一般的には推奨されません。摩耗、寸法ずれ、刃先品質に応じて工具を交換してください。