Карбидни срещу диамантни фрези за обработка на краищата на CFRP

Изискванията на авиационната индустрия за високопрецизна обработка на CFRP интензифицираха изследванията относно избора на материал за инструменти. Въпреки че карбидните фрези преобладават при общите обработка , машинни операции, бързото им износване при обработка на абразивния CFRP води до по-високи производствени разходи. Диамантните инструменти, въпреки високата си цена, осигуряват по-дълъг живот поради екстремната твърдост (твърдост по Викерс: 10 000 срещу 1 600 kgf/mm²). Това проучване засяга два проблема: (1) количествено сравнение на механизмите на износване при реални резцови условия и (2) оценка на икономическата целесъобразност за приложения с голям обем.

Методология

1. Експериментален дизайн

Обработване на детайла: T800S/3900-2 CFRP (обем на влакната: 60%, дебелина: 12 mm). Инструменти:

• Твърд сплав: 6 ръба, 10° винтова линия, покритие AlTiN

• Диамант: 4 ръба, с върхове от PCD, 8° винтова линия

Параметри на обработката, използвани при рязане на компоненти за Airbus A350.

2. Събиране на данни

Износването на инструмента се измерва на всеки час чрез лазерна конфокална микроскопия (Keyence VK-X1000). Разслояването се оценява според ASTM D7268 чрез микроскопско КТ сканиране.

Резултати и анализ

1. Прогресия на износването

Диамантените инструменти запазват износване по фланеца <0.15 mm след 120 минути, докато тези от твърд сплав надхвърлят 0.5 mm при 75 минути, което предизвиква изтръгване на влакната (p<0.01, ANOVA).

2. Качество на повърхността

Разликата в Ra се появи след 90 мин: диамант (1,2±0,3 μm) срещу карбид (2,8±0,7 μm).

Обсъждане

Производителността на диаманта съответства на неговата по-висока топлопроводимост (500 W/mK срещу 110 W/mK), което намалява деградацията на матрицата, предизвикана от топлина. Въпреки това, наблюдението на крехко разрушване при скорости на подаване >0,12 mm/zъб показва оперативни ограничения.

Заключение

Диамантните фрези с превъзходство надвишават карбидните по устойчивост на износване (>3 пъти по-дълъг живот) и по качество на повърхността при обработката на CFRP.

• Оптимизацията на скоростта на подаване е критична, за да се предотврати разрушаването на диамантния инструмент.

• В бъдеще трябва да се проучат комбинирани дизайните на инструментите за приложения, чувствителни към разходи.