Καρβίδιο ή Διαμάντι Φρέζες για Κοπή CFRP

Η αεροναυπηγική βιομηχανία απαιτεί όλο και περισσότερο υψηλής ακρίβειας κοπή CFRP έχει εντείνει την έρευνα σχετικά με την επιλογή του υλικού της κοπτικής ακμής. Ενώ τα εργαλεία καρβιδίου κυριαρχούν στη γενική μηχανουργική κατεργασία , η ταχεία φθορά τους στην επιθετική διεργασία CFRP αυξάνει το κόστος παραγωγής. Τα εργαλεία διαμαντιού, παρότι ακριβότερα, υπόσχονται μεγαλύτερη αντοχή λόγω της εξαιρετικής σκληρότητας (Σκληρότητα Vickers: 10.000 έναντι 1.600 kgf/mm²). Η παρούσα μελέτη αντιμετωπίζει δύο κενά: (1) ποσοτική σύγκριση των μηχανισμών φθοράς υπό πραγματικές συνθήκες κοπής, και (2) αξιολόγηση της οικονομικής βιωσιμότητας για εφαρμογές μεγάλης παραγωγής.

Μεθοδολογία

1. Σχεδιασμός Πειράματος

Τεμάχιο: T800S/3900-2 CFRP (όγκος ινών: 60%, πάχος: 12 mm). Εργαλεία:

• Κορδυλικά: 6-πτερύγια, κοχλιώδης γωνία 10°, επικαλυμμένα AlTiN

• Διαμάντι: 4-πτερύγια, με επικόνδυλα PCD, κοχλιώδης γωνία 8°

Παραμετροποίηση κοπής αντιγράφει την περικοπή εξαρτημάτων Airbus A350.

2. Συλλογή Δεδομένων

Η φθορά του εργαλείου μετρήθηκε κάθε ώρα με λέιζερ συνεστιακή μικροσκοπία (Keyence VK-X1000). Η αποφλοίωση αξιολογήθηκε σύμφωνα με το ASTM D7268 χρησιμοποιώντας μικρο-CT σάρωση.

Αποτελέσματα και Ανάλυση

1. Εξέλιξη Φθοράς

Τα εργαλεία διαμαντιού διατήρησαν τη φθορά στην όψη πίσω <0,15 mm μετά από 120 λεπτά, ενώ τα κορδυλικά ξεπέρασαν τα 0,5 mm στα 75 λεπτά, προκαλώντας τριβή των ινών (p<0,01, ANOVA).

2. Ποιότητα Επιφάνειας

Η απόκλιση Ra εμφανίστηκε μετά από 90 λεπτά: διαμάντι (1,2±0,3 μm) έναντι καρβιδίου (2,8±0,7 μm).

Συζήτηση

Η απόδοση του διαμαντιού είναι σύμφωνη με την υψηλότερη θερμική του αγωγιμότητα (500 W/mK έναντι 110 W/mK), μειώνοντας την υποβάθμιση της μήτρας που προκαλείται από τη θερμότητα. Ωστόσο, θραύση λόγω ευθραυστότητας που παρατηρήθηκε σε ταχύτητες πρόωσης >0,12 mm/δόντι υποδεικνύει τα όρια λειτουργίας.

Συμπέρασμα

Οι κοπτικές φρέζες διαμαντιού υπερτερούν έναντι των φρεζών καρβιδίου ως προς την αντοχή στη φθορά (>3× μεγαλύτερη διάρκεια ζωής) και την ποιότητα της επιφανειακής κατεργασίας στην κοπή CFRP.

• Η βελτιστοποίηση της ταχύτητας πρόωσης είναι κρίσιμη για την πρόληψη θραύσης των εργαλείων διαμαντιού.

• Στην επόμενη δουλειά θα πρέπει να αξιολογηθούν υβριδικοί σχεδιασμοί εργαλείων για εφαρμογές με περιορισμούς κόστους.