Kompozitní materiály mění průmysl, avšak jejich zpracování je stále velmi náročné. I s pokročilými stroji a řídicími procesy představuje obrábění vláken a pryskyřice pro inženýry a obsluhu velkou výzvu. Liam Haglington, produktový manažer pro plně karbidové frézy ve společnosti Sandvik Coromant, vysvětluje, jak pokročilý design nástrojů a moderní materiálová technologie pomáhají výrobním firmám překonávat hranice obrábění abrazivních kompozitních materiálů.
Lehké, vysoce pevné kompozitní materiály, jako jsou uhlíková vlákna vyztužené plasty (CFK), umožňují bezkonkurenční výkon a přesvědčují vynikajícím poměrem tuhosti k hmotnosti, jakož i odolností proti korozi a flexibilitou designu. To vše jsou rozhodující faktory pro úspěšnou lehkou konstrukci.
Letecký a kosmický průmysl zůstává nejnáročnějším oblastí použití kompozitních materiálů. Součásti jako je trup, křídla, stabilizátory, nosníky, žebra a podlahové trámy jsou pro strukturální integritu rozhodující – často se zpracovávají v sériích s vysokou přesností. Kompozitní materiály jsou pro tuto aplikaci zvlášť vhodné, protože nabízejí vysoký poměr tuhosti k hmotnosti a vynikající odolnost vůči únavě materiálu. Díky orientaci vláken mohou být přizpůsobeny tak, aby poskytovaly pevnost přesně tam, kde je potřeba. To vše jsou vlastnosti, které jsou nezbytné pro lehké a výkonné letecké komponenty.
Ale i jiné obory z toho profitují. Například automobilky využívají CFRP k redukci hmotnosti a zvýšení efektivity. Podle JEC jsou kompozitní materiály „rozhodující pro aplikace, kde je snížení hmotnosti klíčové pro zlepšení palivové účinnosti a omezení emisí skleníkových plynů“. V současnosti tvoří přibližně 17 procent materiálů používaných v letectví a kosmonautice a 8 procent materiálů používaných v dopravním sektoru. Ve všech těchto oblastech stabilní řízení procesů a spolehlivé nástroje přímo vedou k úsporám nákladů a větší výrobní bezpečnosti.
Proč je zpracování kompozitních materiálů tak náročné
Zpracování kompozitních materiálů se výrazně liší od zpracování kovů, protože obsahují tuhé, abrazivní vlákna kombinovaná s měkčí pryskyřičnou matricí. I drobná změna orientace vláken může zásadně ovlivnit chování materiálu při obrábění. Co se na povrchu jeví jako jednotné, je pro nástroj neustále se měnící prostředí.
Toto měnící se chování vede u výrobních společností, které zpracovávají kompozitní materiály, k známým vadám:
• Delaminace: Vrstvy se oddělují pod nadměrnými silami.
• Mohou se objevit neprořezané nebo vytažené vlákna, pokud nástroj nedokáže čistě přerušit výztuhu.
• Kvalita povrchu může být nerovnoměrná, pokud vlákna a pryskyřice reagují na teplo a tlak odlišně.
Všechny tyto problémy mají stejnou základní příčinu. Materiál se chová nekonzistentně, což znamená, že jeho možnosti chyb jsou nepředvídatelné.
Dopady na výrobu mohou být značné. Chyby vedou k odpadu, k větším kontrolám, k dodatečné práci a k zastavení výroby – zejména v vysoce přesných prostředích leteckého a kosmického průmyslu, kde odchylky nejsou povoleny.
K tomu se přidává zvýšená citlivost na teplo, která situaci dále komplikuje. Při vzrůstající teplotě se pryskyřice změkčuje, zatímco vlákna zůstávají tuhá. Tím se zvyšuje riziko delaminace nebo třepení. Pokud je řez příliš studený, zůstává pryskyřice křehká a opotřebení nástroje se zrychluje. Řezné parametry je proto nutné velmi přesně řídit, avšak běžné nástroje často mají potíže najít správnou rovnováhu. Následkem jsou rychlejší opotřebení, nejisté životnosti a snížená kvalita dílů.
Spolehlivé zpracování závisí na nástrojích, které stabilizují proces, kontrolují vibrace a zvládají vývoj tepla. Bez této kontroly zůstává zpracování kompozitních materiálů náročným a nepředvídatelným úkolem.
Řešení: CoroMill Plura Composite 2P350
Aby bylo možné tyto požadavky splnit, je potřeba nástroj, který nejenže materiál řeže, ale také řídí, jak se vlákna oddělují a jak se opotřebení vyvíjí v průběhu času. Na základě těchto kritérií byl vyvinut CoroMill Plura Composite 2P350.
Jádrem 2P350 je jeho jedinečný dvousečný mechanismus. Na rozdíl od běžných fréz čistí vlákna, místo aby je trhal. Mechanismus funguje na principu střihu: Dvě řezné hrany se spojují, aby kontrolovaně zvedly a přeřízly vlákna. Přičemž jedna hrana vede vlákna, zatímco druhá je řeže. To udržuje laminát stabilní a zabraňuje delaminaci. Díky této koordinované pohybu se také vyrovnává řezná zátěž, což snižuje vibrace a umožňuje rovnoměrnější a lépe předvídatelný zpracovatelský proces.
Geometrie nástroje je navržena pro vysokou produktivitu. Velké třískové kanály zajišťují efektivní odsávání prachu a volných vláken, které vznikají během zpracovatelského procesu. Rychlým odstraněním se snižuje riziko opětovného řezání a řez zůstává stabilní a čistý. Ať už se jedná o frézování drážek, šikmé ponoření nebo frézování hran – 2P350 zvládá všechny pracovní kroky od hrubování po dokončovací zpracování v jedné upínce. Nižší vibrace a rovnoměrný řez navíc zajišťují klidnější a příjemnější pracovní prostředí ve výrobě.
CoroMill Plura Composite 2P350 si zachovává své řezné chování za různých podmínek. To umožňuje výrobním podnikům zajistit konstantně vysokou kvalitu bez ohledu na odchylky ve workpieces nebo držácích nástrojů. Kontrolovaný řezný mechanismus navíc zlepšuje výkon při složitých obráběních. To je zvláště důležité v bezobslužné nebo automatizované výrobě, protože v těchto případech nejsou možné manuální zásahy. Předvídatelné chování nástroje a nižší vibrace snižují pravděpodobnost náhlého opotřebení nástroje, umožňují kontinuální výrobu a snižují závislost na zkušenostech obsluhy.
Výkonnost O2AD
U aplikací s abrazivními kompozitními materiály však geometrie sama o sobě nestačí. Řezné hrany musí také odolávat stálému působení výztužných vláken, pro což je typ O2AD ideálně vhodný.
Sorte O2AD spojuje pokročilou materiálovou technologii s tlustým, silně přilnavým CVD povlakem. Na míru vyrobené substrát zajišťuje optimální spojení mezi diamantovou vrstvou a tělem nástroje, zabraňuje předčasnému odlupování povlaku a tím prodlužuje životnost nástroje.
Testy již ukázaly, že životnost v porovnání s dosavadním typem O12M se přibližně zdvojnásobila. V konkrétním případě použití v leteckém průmyslu, kdy byl díl křídla letadla suchým způsobem obráběn pod vakuem na 5osém portálovém stroji, bylo s typem O2AD dosaženo zvýšení životnosti o 100 procent ve srovnání s O12M za stejných řezných podmínek. Opotřebení je předvídatelné a probíhá postupně, což zvyšuje důvěru ve zvyšování řezných parametrů a současné snižování odpadu a počtu výměn nástrojů. To vede k znatelným úsporám nákladů díky delším obráběcím oknům, sníženému stavu nástrojů a menší době prostojů.
Typ O2AD kombinuje pevnost diamantového povlaku se stabilním substrátem. Tímto způsobem se přímo řeší hlavní výzvy při frézování kompozitních materiálů. Stálá kvalita řezné hrany zajišťuje konstantní řezné síly, snižuje vibrace a umožňuje lepší předvídatelnost obráběcího procesu. Výrobní společnosti tak mohou dosáhnout čistějších řezů, rovnoměrnější životnosti a spolehlivějších výsledků při obrábění abrazivních kompozitních materiálů.
Závěr
CoroMill Plura Composite 2P350 s typem O2AD zvládá abrazivní opotřebení, riziko delaminace, citlivost na teplo a vibrace. Umožňuje tak výrobu vysoce kvalitních dílů se stálým výkonem – bez ohledu na jejich složitost nebo variabilitu. Pomáhá 2P350 firmám v leteckém a automobilovém průmyslu, stejně jako v oblastech obrany, vesmíru a námořních aplikací zvyšovat produktivitu, chránit integritu dílů a kontrolovat náklady. Otevírá nové možnosti v oblasti spolehlivého vysoce výkonného frézování kompozitních materiálů pro všechny, kteří čelí výzvě neobrábějitelnosti.
V širším kontextu tyto pokroky ukazují, jak vývoj geometrie a materiálové technologie redefinuje možnosti obrábění kompozitních materiálů. Delaminace, variabilita vláken a citlivost na teplo jsou faktory, které je třeba vždy zohlednit při práci s těmito materiály, ale správná technologie může tyto výzvy zvládnout a zajistit stabilní a předvídatelný provoz.
Kontakt:
