Karbidipäät vs timanttipäät CFRP-leikkauksessa

Ilmailuteollisuuden kysyntä korkean tarkkuuden CFRP-reunojen viimeistelystä on lisännyt tutkimusta työkalujen materiaalien valinnasta. Vaikka karbidipäätteet hallitsevat yleisen koneistaminen , niiden nopea kulumineen hankaavassa CFRP:ssa nostaa tuotantokustannuksia. Timanttityökalut, vaikka neuvokkaampina kalliimpia, tarjoavat pidempää kestävyyttä äärimmäisen kovan lujuuden ansiosta (Vickersin kovuus: 10 000 vs. 1 600 kgf/mm²). Tämä tutkimus täyttää kaksi aukkoa: (1) kulumismekanismien kvantitatiivinen vertailu realistisissa leikkausolosuhteissa ja (2) taloudellisen toteutettavuuden arviointi suurten sarjojen osalta.

Menetelmät

1. Kokeellinen suunnittelu

Työkappale: T800S/3900-2 CFRP (kuitutilavuus: 60 %, paksuus: 12 mm). Työkalut:

• Karbidi: 6 lovetta, 10° helix, AlTiN-pinnoitteinen

• Timantti: 4 lovetta, PCD-vinkkikärki, 8° helix

Työstöparametrit vastaavat Airbus A350 -komponenttien reunojen viimeistelyä.

2. Tietojen keruu

Työkalujen kulumista mitattiin tunneittain laserkondensorimikroskoopilla (Keyence VK-X1000). Delaminointia arvioitiin ASTM D7268 -standardin mukaisesti mikro-CT -kuvannuksella.

Tulokset ja analyysi

1. Kuluma etenee

Timanttityökalut säilyttivät sivukulman kulumisen alle 0,15 mm:n 120 minuutin jälkeen, kun taas karbidin kuluminen ylitti 0,5 mm:n 75 minuutin kohdalla, mikä aiheutti kuitujen irtoamisen (p<0,01, ANOVA).

2. Pinnan laatu

Ra-ero alkoi 90 minuutin jälkeen: timantti (1,2±0,3 μm) vs. karbidi (2,8±0,7 μm).

Keskustelu

Timantin suorituskyky vastaa sen korkeampaa lämmönjohtavuutta (500 W/mK vs. 110 W/mK), mikä vähensi lämmön aiheuttamaa matriisin hajoamista. Kuitenkin haurasmurtumia havaittiin etukantojen ollessa yli 0,12 mm/kierros, mikä viittaa käyttörajojen olemassaoloon.

Johtopäätös

Timanttipyöröterät ovat parempia kuin karbidipyöröterät kulumisvastuksessa (>3-kertainen käyttöikä) ja pinnanlaadussa CFRP-levyjen viimeistelyssä.

• Etukannan nopeuden optimointi on kriittistä timanttityökalujen murtumisen estämiseksi.

• Tulevan työn tulisi arvioida hybridityökalujen suunnittelua kustannusherkkoihin sovelluksiin.