Gia công nhựa gia cường sợi CFRP & GFRP bằng dụng cụ phủ kim cương CVD.
1. Các khuyết tật gia công chính của vật liệu composite
Polyme gia cường sợi carbon (CFRP) và nhựa gia cường sợi thủy tinh (GFRP) là những vật liệu nhẹ quan trọng cho ngành hàng không vũ trụ, năng lượng gió và ô tô. Cấu trúc sợi-nhựa hai pha mang đến những thách thức gia công khó khăn:
- Các sợi thủy tinh/carbon cứng sắc nhọn nhanh chóng làm tròn các cạnh cắt cacbua, gây ra hiện tượng tách lớp, sờn sợi, gờ và nứt lớp;
- Ma trận nhựa nóng chảy ở nhiệt độ trên 200°C, hư hỏng do nhiệt làm giảm độ bền mỏi của các bộ phận composite;
- Quá trình khoan và cắt tỉa cạnh dễ gây ra hiện tượng bong tróc ở điểm vào và tách lớp ở điểm ra, dẫn đến tỷ lệ phế phẩm cao theo các tiêu chuẩn kiểm tra nghiêm ngặt trong ngành hàng không vũ trụ.
2. Các giải pháp cốt lõi được mang lại bởi lớp phủ kim cương
- Khả năng chống mài mòn vượt trội giúp duy trì độ sắc bén của lưỡi cắt: Chống mài mòn liên tục do sợi thủy tinh/sợi carbon, kéo dài tuổi thọ dụng cụ gấp 12-30 lần so với cacbua, giảm đáng kể hiện tượng tách lớp và kéo sợi ra khỏi dụng cụ;
- Độ dẫn nhiệt cao giúp duy trì nhiệt độ cắt thấp: Ngăn ngừa hiện tượng cacbon hóa nhựa và hư hỏng cấu trúc giữa các lớp;
- Lưỡi cắt ma sát thấp cắt sạch các sợi mà không gây giật, bề mặt cắt và lỗ cắt nhẵn mịn, loại bỏ các bước đánh bóng thứ cấp;
- Lớp phủ kim cương đồng nhất bao phủ các mũi khoan-phay kết hợp phức tạp, thích hợp cho việc phay, khoan, cắt cạnh và xẻ rãnh.
3. Lựa chọn công cụ dựa trên vật liệu
- Vật liệu composite sợi carbon CFRP: Dao cắt phủ kim cương nano tinh thể với các cạnh mỏng sắc bén để giảm thiểu hiện tượng rách sợi;
- Tấm sợi thủy tinh GFRP: Lớp phủ kim cương micron dày giúp tăng cường khả năng chống mài mòn cho sợi thủy tinh;
- Khoan composite: Mũi khoan bậc thang phủ kim cương góc kép để ngăn ngừa sự tách lớp ở điểm vào và điểm ra.
4. Các thông số cắt được khuyến nghị
Tốc độ cắt Vc: 300~700 m/phút; Lượng tiến dao trên mỗi răng fz: 0,05~0,2 mm/z; Cắt khô hoặc bôi trơn tối thiểu (MQL). Cần có bộ gá kẹp chắc chắn để tránh hiện tượng tách lớp do rung động.
5. Các ngành ứng dụng chính
Thân máy bay vũ trụ, cánh quạt tuabin gió, vỏ xe điện bằng sợi carbon, các bộ phận composite hàng hải, vỏ máy bay không người lái.
6. Các hạn chế về an toàn
Tuyệt đối không được gia công kim loại đen. Bụi gia công hỗn hợp gây kích ứng; cần phải sử dụng hệ thống hút bụi và thiết bị bảo hộ trong suốt quá trình vận hành.
