Композитні матеріали змінюють промисловість, але їх обробка все ще залишається дуже складною. Навіть з сучасними машинами та системами управління обробка волокон і смол є великою проблемою для інженерів і операторів. Ліам Хеглінгтон, менеджер продукту з твердосплавних фрез у Sandvik Coromant, пояснює, як сучасний дизайн інструментів і новітні матеріалознавчі технології допомагають виробничим компаніям подолати межі обробки абразивних композитних матеріалів.
Легкі, високоміцні композитні матеріали, такі як вуглецевоволоконні армовані пластики (CFK), забезпечують неперевершену продуктивність і вражають відмінним співвідношенням жорсткості до ваги, а також корозійною стійкістю та гнучкістю дизайну. Усе це є вирішальними факторами для успішного легкобудування.
Як і раніше, авіація та космонавтика є найвимогливішою сферою застосування композитних матеріалів. Компоненти, такі як каркас фюзеляжу, крила, стабілізатори, балки, ребра та підлоги, є критично важливими для структурної цілісності – їх часто обробляють у великих серіях з високою точністю. Композитні матеріали особливо підходять для цього, оскільки вони забезпечують високе співвідношення жорсткості до ваги, а також відмінну стійкість до втоми матеріалу. Завдяки орієнтації волокон їх можна налаштувати так, щоб вони забезпечували міцність саме там, де це необхідно. Усе це є властивостями, які є необхідними для легких, потужних компонентів літаків.
Але й інші галузі отримують від цього вигоду. Так, виробники автомобілів використовують вуглецеві волокна (CFK), щоб зменшити вагу та підвищити ефективність. За даними JEC, композитні матеріали "є вирішальними для застосувань, де зменшення ваги має вирішальне значення для покращення паливної ефективності та обмеження викидів парникових газів". Вони становлять близько 17 відсотків матеріалів, що використовуються в авіації та космонавтиці, а також 8 відсотків матеріалів, що використовуються в транспортному секторі. У всіх цих сферах стабільне управління процесами та надійні інструменти безпосередньо призводять до економії витрат і більшої виробничої безпеки.
Чому обробка композитних матеріалів є такою складною
Обробка композитних матеріалів суттєво відрізняється від обробки металів, оскільки в них жорсткі, абразивні волокна поєднуються з м'якою смолистою матрицею. Навіть незначна зміна орієнтації волокон може суттєво змінити поведінку матеріалу під час обробки. Те, що на поверхні виглядає однорідно, для інструмента є постійно змінюваним середовищем.
Ця змінна поведінка призводить до відомих дефектів у виробничих компаніях, які обробляють композитні матеріали:
• Деламінація: Шари відокремлюються один від одного під впливом надмірних сил.
• Можуть виникати неотрізані або витягнуті волокна, якщо інструмент не може чисто перерізати армування.
• Якість поверхні може бути нерівномірною, якщо волокна та смола по-різному реагують на тепло та тиск.
Усі ці проблеми мають одну й ту ж основну причину. Матеріал поводиться непослідовно, через що його можливості для помилок непередбачувані.
Вплив на виробництво може бути значним. Адже помилки призводять до відходів, до більшої кількості перевірок, до доопрацювання та до зупинок виробництва – особливо в умовах високої точності в авіаційній та космічній галузях, де відхилення недопустимі.
До цього додається підвищена чутливість до тепла, що ускладнює ситуацію. При підвищенні температури смола стає м'якою, тоді як волокна залишаються жорсткими. Це підвищує ризик деламінації або розривів. Якщо різання занадто холодне, смола залишається крихкою, і знос інструменту прискорюється. Тому параметри різання повинні контролюватися дуже точно, але звичайні інструменти часто мають труднощі з досягненням правильного балансу. Наслідком є швидший знос, невизначені терміни служби та знижена якість деталей.
Надійна обробка залежить від інструментів, які стабілізують процес, контролюють вібрації та справляються з розвитком тепла. Без цього контролю обробка композитних матеріалів залишається складним і непередбачуваним завданням.
Рішення: CoroMill Plura Composite 2P350
Щоб задовольнити ці вимоги, потрібен інструмент, який не лише ріже матеріал, але й контролює, як волокна відокремлюються і як з часом розвивається зношення. На основі цих критеріїв був розроблений CoroMill Plura Composite 2P350.
Основою 2P350 є його унікальний двосторонній різальний механізм. На відміну від традиційних фрез, він чисто розрізає волокна, а не рве їх. Механізм працює за принципом ножиць: два різальні краї зводяться разом, щоб контролювати підняття та різання волокон. При цьому один різець веде волокна, тоді як інший їх ріже. Це забезпечує стабільність ламінату і запобігає деламінації. Завдяки цій координованій дії також компенсується навантаження під час різання, що зменшує вібрації та забезпечує більш рівномірний і передбачуваний процес обробки.
Геометрія інструмента розроблена для високої продуктивності. Великі канали для стружки забезпечують ефективне видалення пилу та вільних волокон, які виникають під час обробки. Швидке усунення цих матеріалів зменшує ризик повторного різання, а різання залишається стабільним і чистим. Незалежно від того, чи це фрезерування пазів, косе занурення чи фрезерування країв – 2P350 виконує всі етапи роботи від грубої до фінішної обробки лише за одне затискання. Менші вібрації та рівномірний різ забезпечують також спокійніше та приємніше робоче середовище у виробництві.
CoroMill Plura Composite 2P350 зберігає свої різальні властивості за різних умов. Це дозволяє виробничим компаніям забезпечувати стабільно високу якість незалежно від відхилень у заготовках або тримачах інструментів. Контрольований різальний механізм також покращує продуктивність при складних обробках. Це особливо важливо в безлюдному або автоматизованому виробництві, оскільки в таких випадках неможливі ручні втручання. Передбачувана поведінка інструмента та менші вібрації зменшують ймовірність раптового зносу інструмента, дозволяють безперервне виробництво та зменшують залежність від досвіду оператора.
Продуктивність O2AD
У випадках застосування абразивних композитних матеріалів геометрії недостатньо. Ріжучі кромки також повинні витримувати постійний вплив армувальних волокон, для чого ідеально підходить сорт O2AD.
Сорт O2AD поєднує передову матеріалознавство з товстим, міцно прилиплим CVD-покриттям. Спеціально розроблений субстрат забезпечує оптимальне з'єднання між діамантовим шаром і тілом інструменту, запобігає передчасному відшаруванню покриття та, таким чином, подовжує термін служби інструменту.
Тести вже показали, що тривалість служби в порівнянні з попереднім сортом O12M приблизно подвоюється. У конкретному випадку застосування в авіаційній промисловості, де деталь крила літака оброблялася в умовах вакууму на 5-осьовій портальній машині в сухому режимі, з сортом O2AD при тих же умовах різання вдалося досягти збільшення тривалості служби на 100 відсотків у порівнянні з O12M. Поведінка зношення передбачувана і відбувається поступово, що дозволяє збільшити довіру до підвищення параметрів різання, одночасно зменшуючи брак і кількість змін інструментів. Це призводить до відчутних заощаджень витрат завдяки більш тривалим вікнам обробки, зменшенню запасів інструментів і меншій кількості простоїв.
Сорт O2AD поєднує міцність діамантового покриття зі стабільним субстратом. Це безпосередньо вирішує основні проблеми при фрезеруванні композитних матеріалів. Постійна якість різальної кромки забезпечує стабільні сили різання, зменшує вібрації та дозволяє краще передбачити процес обробки. Виробничі компанії можуть досягти чистіших різів, рівномірнішої тривалості служби та надійніших результатів при обробці абразивних композитних матеріалів.
Висновок
CoroMill Plura Composite 2P350 з сортом O2AD справляється з абразивним зносом, ризиком деламінації, чутливістю до тепла та вібраціями. Це дозволяє виготовляти високоякісні деталі з постійною продуктивністю - незалежно від їхньої складності чи варіативності. Таким чином, 2P350 допомагає компаніям з авіаційної та автомобільної промисловості, а також у сферах оборони, космосу та судноплавства підвищити свою продуктивність, захистити цілісність деталей та контролювати свої витрати. Він відкриває нові можливості для всіх, хто стикається з проблемою оброблюваності, у сфері надійного високопродуктивного фрезерування композитних матеріалів.
У більш широкому контексті ці досягнення демонструють, як розробки в геометрії та матеріалознавстві переосмислюють можливості обробки композитних матеріалів. Деламінація, варіативність волокон та чутливість до тепла завжди є факторами, які потрібно враховувати при роботі з цими матеріалами, але правильна технологія може подолати ці виклики та забезпечити стабільну і передбачувану роботу.
Контакт:
