Como escolher ferramentas revestidas de diamante para usinagem de CFRP sem delaminação

A dificuldade com as ferramentas de usinagem de peças de polímero reforçado com fibra de carbono (CFRP) reside no fato de serem leves, resistentes e difíceis de usinar de forma consistente. As fibras da peça podem desgastar a aresta de corte, e a resina e a estrutura laminada da peça podem arrancar fibras à medida que a ferramenta sai do equipamento. Uma ferramenta de corte que parece afiada no início de seu turno pode deteriorar-se em apenas um curto período de produção, alterando o tamanho dos furos, reduzindo a qualidade das arestas e aumentando as cargas de acabamento.

A escolha de ferramentas revestidas de diamante para trabalhos com CFRP deve começar pelas características relevantes da peça e pelo comportamento de falha desejado. Furação, corte de arestas, ranhuramento e conformação de cavidades apresentam propriedades ópticas diferentes em relação à nitidez da aresta de corte, rigidez da ferramenta, remoção de cavacos e utilização do revestimento de diamante.  TSHZ Ferramentas de corte revestidas com diamante CVD, bem como geometrias especiais para materiais compósitos abrasivos, são desenvolvidas.

Por que o CFRP danifica ferramentas de corte comuns?

As fibras de carbono em CFRP (polímero reforçado com fibra de carbono) são duras e abrasivas, incorporadas em uma matriz polimérica. Dependendo da composição do laminado, seja ele tecido ou multidirecional, as fibras se orientam em diferentes direções. Ao usar uma lâmina afiada, a resina à frente da lâmina amolece devido ao calor, permitindo que a lâmina penetre no laminado. Uma lâmina romba, por outro lado, empurra o laminado antes de cortá-lo.

Exemplos de danos típicos incluem arrancamento de fibras, desgaste, delaminação, rebarbas e furos alargados ou cônicos. O desgaste das arestas de corte também altera a geometria de corte. Em uma célula de produção, isso pode resultar em verificações adicionais, rebarbação manual e peças rejeitadas antes que uma falha na ferramenta se torne evidente.

Qual a contribuição de uma camada de diamante CVD

O diamante CVD é cultivado em um substrato de carboneto ou cerâmica usando deposição química de vapor. O diamante CVD possui dureza de 9.000 a 10.000 HV, coeficiente de atrito de aproximadamente 0,05 a 0,1 e alta condutividade térmica. Essas propriedades ajudam a aresta de corte a resistir ao desgaste abrasivo e a dissipar o calor da zona de corte.

Devemos começar a tratar os revestimentos como parte de uma ferramenta e não como uma "solução universal" para compensar deficiências geométricas. Um revestimento muito duro aplicado a uma aresta com geometria inadequada, com ângulo de ataque incorreto, formato de ponta incorreto ou mesmo desvio radial incorreto, ainda causará sérios danos ao laminado. Os revestimentos CVD são particularmente úteis ao trabalhar com materiais muito abrasivos e exigem uma aresta extremamente afiada para a instalação e operação prolongada.

Selecione a ferramenta por operação.

Perfuração de furos em painéis laminados

Para a perfuração, meça o diâmetro final, a altura da pilha, as condições de entrada e saída e quaisquer características de superfície necessárias. É importante usar uma broca curta e rígida para minimizar o desvio. Deve-se usar uma broca com ponta e canaletas para remover os cavacos da superfície do laminado sem atrito. Registre o mesmo nível de detalhe ao inspecionar o furo em busca de danos após a perfuração, assim como foi registrado para as condições de entrada, pois a delaminação geralmente começa onde o furo estava menos apoiado.

O Pastilhas de corte revestidas com diamante CVD A página mostra a linha mais ampla de ferramentas superduras da TSHZ para materiais não ferrosos e abrasivos. Para uma broca de CFRP ou uma microferramenta personalizada, envie a configuração do laminado, o tamanho do furo, a espessura e o defeito atual para que a geometria possa ser adequada à aplicação.

Aparar bordas e aberturas

Para o corte, é necessário um fio que corte as fibras de forma limpa, em vez de esfregá-las. Escolha a menor projeção possível e apoie o painel próximo ao corte. Uma fresadora desgastada tende a aumentar a poeira, o calor e a quebra das bordas simultaneamente. Se a peça tiver uma borda visível, faça um teste controlado com a laminação real, em vez de confiar apenas na descrição do catálogo.

Um perfil personalizado pode ser útil quando a peça inclui um degrau, uma flange estreita ou uma borda não padronizada. TSHZ's serviço personalizado de ferramentas diamantadas CVD É indicado para desenhos que não podem ser cobertos por uma fresa de topo ou tupia padrão.

Encaixe e ranhura

A usinagem de ranhuras impõe um esforço adicional na remoção dos cavacos, bem como na rigidez da ferramenta. Procure manter o contato da ferramenta constante e limite seu comprimento sempre que possível. Verifique se há colapso na ranhura, o que pode levar ao acúmulo de poeira. Ao trabalhar com cavidades estreitas na parede, considere uma margem de acabamento e finalize o último passe com uma aresta afiada. Este passe não deve arrastar o material solto.

Verificações de geometria que importam mais do que o nome do catálogo.

Ao escolher uma ferramenta de corte para CFRP, defina primeiro o diâmetro, o número de canais, a hélice, o ângulo de ataque e o comprimento. Embora um maior número de canais seja geralmente melhor, o aumento desse número reduz o espaço para poeira e cavacos de corte. Esse fator deve ser levado em consideração ao definir o avanço, bem como o diâmetro, a profundidade e se o corte será aberto ou fechado.

Verifique a excentricidade da ferramenta na ponta, limpe o suporte e mantenha a projeção o mais curta possível, de acordo com o dispositivo de fixação. Em trabalhos de pequeno diâmetro, alguns mícrons de excentricidade podem se transferir para uma das arestas de corte, fazendo com que ela concentre a maior parte do trabalho. Isso pode concentrar o calor em um ponto específico dessa aresta de corte e causar desgaste excessivo, mesmo que o revestimento esteja em boas condições.

Para bordas complexas, a camada de diamante CVD pode ser controlada dentro de uma faixa de espessura de 1 a 30 μm. Para microferramentas, a uniformidade do revestimento é importante, pois variações excessivas podem afetar o diâmetro da ferramenta final, a folga da canaleta e a tolerância de estampagem. Seria útil ver um desenho da ferramenta e saber como ela será inspecionada antes da liberação de um lote.

Configurações de processo para bordas compostas mais limpas

Comece pelos limites do fabricante da máquina e trabalhe a partir daí. Registre a velocidade do fuso, o avanço por dente, a profundidade axial e radial, a extração de ar ou vácuo e o número de peças concluídas. Embora o corte a seco de CFRP seja aceitável, é essencial extrair a poeira da área de corte e do interior da própria máquina.

A delaminação na saída pode ser causada pela falta de suporte da base, pela direção da ferramenta de corte ou pela parte final do corte. Fibras desfiadas na borda da peça podem ser causadas por uma aresta cega, hélice incorreta ou atrito da ferramenta contra a peça. Aumentar a velocidade de corte ou o avanço sem antes identificar a causa do defeito só levará a resultados menos estáveis.

Meça o diâmetro do furo ou a largura do recorte no início, no meio e no fim do teste. Fotografe os pontos de entrada e saída do furo/recorte em um fotoquadro com a mesma ampliação utilizada anteriormente. Isso permitirá que você estabeleça uma ação de substituição baseada na qualidade da peça, em vez de uma ação arbitrária baseada no tempo.

Comparar o custo por peça acabada

As ferramentas com revestimento de diamante são mais caras do que as de metal duro comum. A comparação de custos mais relevante é o custo por peça produzida, ou seja, custo da ferramenta, tempo de corte, tempo de troca, inspeção, rebarbação, sucata etc. Os principais benefícios econômicos provêm de uma maior vida útil da ferramenta e de um menor número de trocas. Esses benefícios devem ser avaliados em relação ao tempo de corte real, inspeção, rebarbação, sucata e frequência de substituição.

Repita o teste comparativo com o mesmo laminado e programa. Uma ferramenta que dura mais, mas deixa uma borda danificada, não é mais barata a longo prazo. Uma ferramenta que mantém a mesma largura de corte e precisa de menos reparos manuais pode até ser mais barata do que uma ferramenta aparentemente mais barata com um preço unitário mais alto, várias vezes maior, inclusive.

Quando solicitar uma ferramenta CFRP personalizada

É importante discutir geometrias personalizadas quando a peça possui uma flange estreita, uma borda escalonada, um raio interno pequeno, um furo profundo ou uma tolerância que as ferramentas padrão não conseguem atender. Compartilhe a especificação do material, a orientação das fibras, a quantidade de camadas, a espessura, o desenho técnico, os detalhes do eixo e o defeito exato que você está observando.

A TSHZ combina revestimento CVD com preparação de borda em cinco eixos e design de ferramenta não convencional. Serviço de usinagem de CFRP e compósitos é um ponto de partida prático para a revisão de um desenho. Para uma discussão sobre exemplos ou aplicações, utilize o Página de contato da TSHZ.

Perguntas frequentes

As ferramentas revestidas de diamante são adequadas para todos os tipos de CFRP?

Elas podem ser adequadas para muitas operações abrasivas com CFRP, mas o laminado, as características e a máquina ainda determinam a geometria e os dados de corte. Valide a ferramenta no material de produção antes do lançamento completo.

Como posso reduzir a delaminação de CFRP durante a perfuração?

Use uma ferramenta afiada e rígida, mantenha a excentricidade baixa, apoie a extremidade de saída e controle a parte final do corte. Meça a qualidade da entrada e da saída durante o teste.

Uma ferramenta diamantada CVD deve ser reafiada?

Geralmente, não se recomenda o reafiamento, pois ele pode remover a camada funcional de diamante e alterar o formato original da aresta. A substituição da ferramenta deve ser feita de acordo com o desgaste, a variação dimensional e a qualidade da aresta.