Carbid vs. diamant hovedborere til CFRP-kantbevægning

Luftfartsindustriens efterspørgsel efter højpræcisions CFRP-kantbehandling har intensiveret forskningen i valg af værktagsmateriale. Mens carbide endefræsere dominerer de almindelige bearbejdning anvendelser, så medfører deres hurtige slid i abrasiv CFRP øgede produktionsomkostninger. Diamantværktøjer, selvom dyre, lover forlænget holdbarhed på grund af ekstrem hårdhed (Vickers hårdhed: 10.000 mod 1.600 kgf/mm²). Denne undersøgelse adresserer to huller: (1) en kvantitativ sammenligning af slidmekanismer under realistiske skærebetingelser og (2) en økonomisk vurdering af anvendelighed i højvolumeproduktion.

Metode

1. Eksperimentel design

Arbejdsemne: T800S/3900-2 CFRP (fiberandel: 60 %, tykkelse: 12 mm). Værktøjer:

• Carbide: 6-fløj, 10° vridning, AlTiN-belagt

• Diamant: 4-fløj, PCD-tippet, 8° vridning

Skæreprametre replikerede Airbus A350 komponentkantbehandling.

2. Dataindsamling

Værktøjslæbestok målt hver time via laserconfocal mikroskopi (Keyence VK-X1000). Delamination vurderet iht. ASTM D7268 ved anvendelse af mikro-CT scanning.

Resultater og analyse

1. Slidudvikling

Diamantværktøjer opretholdt flankelæbestok <0,15 mm efter 120 minutter, mens carbide overskred 0,5 mm efter 75 minutter, hvilket udløste fibertræk (p<0,01, ANOVA).

2. Overfladekvalitet

Ra-afvigelse opstod efter 90 minutter: diamant (1,2±0,3 μm) mod carbide (2,8±0,7 μm).

Diskussion

Diamantens ydelse stemmer overens med dens højere termiske ledningsevne (500 W/mK mod 110 W/mK), hvilket reducerer varmeinduceret matrixnedbrydning. Dog observeres sprød brist ved fremskydningshastigheder >0,12 mm/tand, hvilket antyder operationelle begrænsninger.

Konklusion

Diamant-endemiller yder bedre end carbide med hensyn til slidstyrke (>3× levetid) og overfladefinish ved CFRP-kapping.

• Optimering af fremskydningshastighed er afgørende for at forhindre diamantværktøjbrist.

• Fremtidigt arbejde bør evaluere hybridværktøjsdesign til anvendelser med høj følsomhed for omkostninger.