A kompozit anyagok megváltoztatják az ipart, de megmunkálásuk továbbra is nagyon kihívást jelent. Még a fejlett gépek és vezérlési folyamatok mellett is a szálak és gyanták forgácsolása nagy kihívást jelent a mérnökök és operátorok számára. Liam Haglington, a Sandvik Coromant keményfém marók termékmenedzsere elmagyarázza, hogyan segíthet egy fejlett szerszámtervezés és modern anyagtechnika a gyártócégeknek abban, hogy leküzdjék az abrazív kompozit anyagok megmunkálásának határait.
Könnyű, nagy szilárdságú kompozit anyagok, mint a szénszál-erősített műanyagok (CFK), páratlan teljesítményt nyújtanak, és kiemelkedő merevség-súly arányukkal, valamint korrózióállóságukkal és tervezési rugalmasságukkal győznek meg. Mindezek kulcsfontosságú tényezők a sikeres könnyűszerkezetes építéshez.
A légi és űripar továbbra is a legigényesebb alkalmazási terület a kompozit anyagok számára. Az olyan alkatrészek, mint a törzs vázszerkezete, a szárnyak, a stabilizátorok, a bordák és a talpgerendák döntő fontosságúak a szerkezeti integritás szempontjából – ezeket gyakran nagy sorozatokban, magas precizitással dolgozzák fel. A kompozit anyagok különösen alkalmasak erre, mivel magas merevség-súly arányt és kiváló ellenállást kínálnak az anyagfáradással szemben. A rostok irányítása lehetővé teszi, hogy pontosan ott biztosítsák a szilárdságot, ahol arra szükség van. Mindezek olyan tulajdonságok, amelyek elengedhetetlenek a könnyű, nagy teljesítményű repülőgép-alkatrészekhez.
De más iparágak is profitálnak ebből. Így az autógyártók CFK-t használnak a súly csökkentésére és a hatékonyság növelésére. A JEC szerint a kompozit anyagok „döntő fontosságúak azokban az alkalmazásokban, ahol a súlycsökkentés központi szerepet játszik a üzemanyag-hatékonyság javítása és az üvegházhatású gázok kibocsátásának korlátozása érdekében”. Jelenleg ezek a légiközlekedésben használt anyagok körülbelül 17%-át, valamint a közlekedési szektorban alkalmazott anyagok 8%-át teszik ki. Mindezekben a területekben a stabil folyamatirányítás és megbízható szerszámok közvetlenül költségmegtakarításhoz és nagyobb termelési biztonsághoz vezetnek.
Miért olyan kihívás a kompozit anyagok megmunkálása?
A kompozit anyagok megmunkálása jelentősen eltér a fémekétől, mivel ezeknél merev, abrazív szálakat kombinálnak egy puhább gyanta mátrixszal. Már egy kis mértékű változás a szálak irányában is lényegesen megváltoztathatja az anyag viselkedését a forgácsolás során. Ami a felületen egységesnek tűnik, az az eszköz számára folyamatosan változó környezetet jelent.
Ez a változó viselkedés a kompozit anyagokat feldolgozó gyártó cégeknél a jól ismert hibákhoz vezet:
• Delamináció: A rétegek túlzott erők hatására elválnak egymástól.
• Megjelenhetnek vágatlan vagy kihúzott szálak, ha a szerszám nem tudja tisztán átvágni a megerősítést.
• A felületi minőség egyenetlenné válhat, ha a szálak és a gyanta különbözően reagálnak a hőre és a nyomásra.
Mindezen problémáknak ugyanaz a mögöttes oka van. Az anyag nem viselkedik következetesen, ezért a hibalehetőségei előre nem láthatók.
A termelésre gyakorolt hatások jelentősek lehetnek. A hibák hulladékhoz, több ellenőrzéshez, utólagos munkához és termelési leállásokhoz vezetnek – különösen a légiközlekedés és űripar magas precizitású környezetében, ahol eltérések nem megengedettek.
Ehhez hozzájárul a fokozott hőérzékenység, ami tovább nehezíti a helyzetet. Emelkedő hőmérsékleten a gyanta megpuhul, míg a szálak merevek maradnak. Ez növeli a delamináció vagy a szálak kifröccsenésének kockázatát. Ha a vágás túl hideg, a gyanta rideg marad, és a szerszám kopása felgyorsul. A vágási paramétereket ezért nagyon pontosan kell szabályozni, de a hagyományos szerszámok gyakran nehezen találják meg a megfelelő egyensúlyt. Ennek következménye a gyorsabb kopás, a bizonytalan állásidők és a csökkentett alkatrészminőség.
A megbízható megmunkálás olyan szerszámoktól függ, amelyek stabilizálják a folyamatot, kontrollálják a rezgéseket és kezelik a hőfejlődést. E kontroll nélkül a kompozit anyagok megmunkálása kihívást jelentő és kiszámíthatatlan feladat marad.
Megoldás: CoroMill Plura Composite 2P350
Ezeknek a követelményeknek a teljesítéséhez olyan szerszámra van szükség, amely nemcsak az anyagot vágja, hanem azt is irányítja, hogyan váljanak el a szálak, és hogyan alakul a kopás az idő múlásával. E kritériumok alapján fejlesztették ki a CoroMill Plura Composite 2P350-et.
A 2P350 szívét egyedülálló kettős vágómechanizmusa alkotja. A hagyományos szármarókkal ellentétben tisztán vágja át a rostokat, ahelyett, hogy elszakítaná azokat. A mechanizmus a nyírási elv szerint működik: Két vágóél találkozik, hogy a rostokat kontrolláltan felemelje és elvágja. Eközben az egyik él vezeti a rostokat, míg a másik elvágja azokat. Ez stabilan tartja a laminátumot, és megakadályozza a delaminálódást. Ez a koordinált mozgás emellett kiegyenlíti a vágási terhelést, ami csökkenti a rezgéseket, és egyenletesebb, valamint jobban előrejelezhető megmunkálási folyamatot tesz lehetővé.
A szerszám geometriai kialakítása a magas termelékenységre van optimalizálva. A nagy forgácseltávolító csatornák hatékonyan biztosítják a por és a megmunkálás során keletkező laza szálak eltávolítását. Ezek gyors eltávolítása csökkenti a másodlagos vágás kockázatát, és a vágás stabil és tiszta marad. Legyen szó barázdafelvágásról, ferde merülésről vagy élmarásról – a 2P350 minden munkafolyamatot elvégez a durva megmunkálástól a finom megmunkálásig egyetlen rögzítés alatt. A kisebb rezgések és az egyenletes vágás emellett nyugodtabb és kellemesebb munkakörnyezetet biztosítanak a gyártás során.
A CoroMill Plura Composite 2P350 vágási viselkedése számos körülmény között megmarad. Ennek köszönhetően a gyártócégek függetlenül a munkadarabok vagy szerszámtartók eltéréseitől is biztosítani tudják a folyamatosan magas minőséget. Az ellenőrzött vágási mechanizmus emellett javítja a teljesítményt összetett megmunkálások során. Ez különösen fontos a gép nélküli vagy automatizált gyártásban, mivel ezekben az esetekben manuális beavatkozásra nincs lehetőség. Az előre jelezhető szerszámviselkedés és a csökkentett rezgések csökkentik a hirtelen szerszámkopás valószínűségét, lehetővé teszik a folyamatos termelést és csökkentik a kezelő tapasztalatától való függőséget.
Az O2AD teljesítőképessége
A kopásálló kompozit anyagokkal végzett alkalmazásoknál azonban a geometria önmagában nem elegendő. A vágóéleknek emellett folyamatosan ellenállniuk kell a megerősítő szálak hatásának, amire az O2AD típus ideálisan alkalmas.
Az O2AD típus fejlett anyagtechnológiát ötvöz egy vastag, erősen tapadó CVD-bevonattal. A testreszabott szubsztrát optimális kapcsolatot biztosít a gyémántréteg és a szerszámtest között, megakadályozza a bevonat idő előtti leválását, ezáltal meghosszabbítja a szerszám élettartamát.
A tesztek már megmutatták, hogy a szerszám élettartama a korábbi O12M típushoz képest körülbelül megduplázódik. Egy konkrét alkalmazás során a légiközlekedési iparban, ahol egy repülőgép szárnyának alkatrészét vákuumban, egy 5-tengelyes portálgépen szárazon megmunkálták, az O2AD típusú anyaggal ugyanazon vágási feltételek mellett 100%-os élettartam-növekedést értek el az O12M-hez képest. A kopásviselkedés előrejelezhető és fokozatosan történik, így nő a bizalom a vágási paraméterek növelésében, miközben csökkenthető a selejt és a szerszámcserék száma. Ez érezhető költségmegtakarításhoz vezet a hosszabb megmunkálási időablakok, a csökkentett szerszámkészlet és a kevesebb leállás révén.
Az O2AD típus a gyémántbevonat szilárdságát egy stabil alapanyaggal kombinálja. Ezzel közvetlenül kezelik a kompozit anyagok megmunkálásának fő kihívásait. Az állandó vágóél-minőség biztosítja az állandó vágóerőket, csökkenti a rezgéseket és lehetővé teszi a megmunkálási folyamat jobb előrejelezhetőségét. A gyártócégek így tisztább vágásokat, egyenletesebb élettartamot és megbízhatóbb eredményeket érhetnek el abrazív kompozit anyagok esetén.
Összegzés
A CoroMill Plura Composite 2P350 az O2AD típussal képes kezelni az abrazív kopást, a delaminálódás kockázatát, a hőérzékenységet és a rezgéseket. Ez lehetővé teszi a kiváló minőségű alkatrészek gyártását állandó teljesítménnyel – függetlenül azok összetettségétől vagy változékonyságától. Így a 2P350 segíti a légiközlekedési, autóipari, valamint a védelem, űr- és hajózási alkalmazások területén működő vállalatokat a termelékenység növelésében, az alkatrész integritásának megőrzésében és a költségek kontrollálásában. Új lehetőségeket nyit meg mindazok számára, akik a megmunkálhatóság kihívásával néznek szembe a megbízható, nagy teljesítményű kompozit anyagok megmunkálásában.
A nagyobb összefüggésben nézve ezek a fejlődések megmutatják, hogyan definiálják újra a geometriai és anyagtechnikai fejlesztések a kompozit anyagok megmunkálásának lehetőségeit. A delaminálódás, a rostváltozékonyság és a hőérzékenység mindig figyelembe veendő tényezők ezekkel az anyagokkal való munka során, de a megfelelő technológia képes kezelni ezeket a kihívásokat és biztosítani a stabil és előrejelezhető működést.
Kapcsolat:
