Vrtáky z karbidu a diamantu pro frézování CFRP

Poptávka leteckého průmyslu po vysoké přesnosti řezání CFRP způsobila zvýšený zájem o výzkum volby materiálu nástrojů. Zatímco vrtáky z karbidu dominují v obecném obrábění ,jejich rychlé opotřebení při abrazivním řezání CFRP zvyšuje náklady na výrobu. Diamantové nástroje, i přes svou vysokou cenu, díky extrémní tvrdosti (Vickersova tvrdost: 10 000 vs. 1 600 kgf/mm²) slibují delší životnost. Tato studie se zaměřuje na dva problémy: (1) kvantitativní porovnání mechanismů opotřebení za reálných řezných podmínek a (2) ekonomické zhodnocení proveditelnosti pro aplikace ve velkých sériích.

Metodika

1. Návrh experimentu

Obrobek: T800S/3900-2 CFRP (objemový podíl vláken: 60 %, tloušťka: 12 mm). Nástroje:

• Karbid: 6-břitý, 10° stoupání, povlak AlTiN

• Diamant: 4-břitý, s destičkami PCD, 8° stoupání

Řezné podmínky odpovídají řezání komponent Airbus A350.

2. Získávání dat

Opotřebení nástrojů měřeno každou hodinu pomocí laserové konfokální mikroskopie (Keyence VK-X1000). Odvrstvení hodnoceno dle ASTM D7268 pomocí mikro-CT skenování.

Výsledky a analýza

1. Průběh opotřebení

Diamantové nástroje měly po 120 minutách hřbetní opotřebení <0,15 mm, zatímco u karbidových překročilo 0,5 mm již po 75 minutách, což způsobilo vyrývání vláken (p<0,01, ANOVA).

2. Kvalita povrchu

Rozdíl Ra se objevil po 90 minutách: diamant (1,2±0,3 μm) vs. karbid (2,8±0,7 μm).

Diskuse

Výkon diamantu odpovídá jeho vyšší tepelné vodivosti (500 W/mK vs. 110 W/mK), čímž se snižuje tepelně způsobená degradace matrice. Nicméně zjištění křehkého lomu při posuvu >0,12 mm/zub naznačuje provozní limity.

Závěr

Diamantové frézy převyšují karbidové frézy ve odolnosti proti opotřebení (>3násobná životnost) a v kvalitě povrchu při řezání CFRP.

• Optimalizace posuvu je klíčová pro prevenci lomu diamantového nástroje.

• Budoucí práce by měla posoudit hybridní návrhy nástrojů pro nákladově citlivé aplikace.