Keményfém és gyémánt marószerszámok összehasonlítása CFRP vágásához

A repülőgépipar egyre nagyobb igénye a nagy pontosságú CFRP vágásra fokozta a szerszám anyagválasztás iránti kutatásokat. Míg a karbid vágószerszámok dominánsak az általános megmunkálás , gyors kopása CFRP abrazív anyagoknál növeli a termelési költségeket. A gyémántszerszámok, bár drágák, a rendkívül nagy keménységüknek köszönhetően (Vickers-keménység: 10 000 vs. 1600 kgf/mm²) hosszabb élettartamot ígérnek. Ez a tanulmány két hiányt próbál orvosolni: (1) mennyiségi összehasonlítás a kopási mechanizmusokról valós vágási körülmények között, és (2) gazdaságossági vizsgálat nagy mennyiségű alkalmazás esetén.

Módszer

1. Kísérleti terv

Munkadarab: T800S/3900-2 CFRP (szálerősítési fok: 60%, vastagság: 12 mm). Szerszámok:

• Keményfém: 6 élként, 10°-os spirál, AlTiN bevonattal ellátott

• Gyémánt: 4 élként, PCD hegyű, 8°-os spirál

A megmunkálási paraméterek az Airbus A350 alkatrészek vágását másolták.

2. Adatgyűjtés

A szerszámkopás óránként mérve lézeres konfokális mikroszkóppal (Keyence VK-X1000). A szétválás értékelése ASTM D7268 szerint mikro-CT vizsgálattal.

Eredmények és elemzés

1. Kopásfejlődés

A gyémántszerszámok oldalkopása <0,15 mm volt 120 perc után, míg a keményfém esetében 75 perc után már meghaladta a 0,5 mm-t, ami szálekivonódáshoz vezetett (p<0,01, ANOVA).

2. Felületminőség

A Ra eltérés 90 perc után jelentkezett: gyémánt (1,2±0,3 μm) vs. keményfém (2,8±0,7 μm).

Vitaprobléma

A gyémánt teljesítménye összhangban van magas hővezető-képességével (500 W/mK vs. 110 W/mK), csökkentve a hő okozta mátrixdegradációt. Ugyanakkor a rideg törés, amelyet >0,12 mm/fog előtolási sebességnél figyeltek meg, az üzemeltetési határokat jelzi.

Összegzés

A gyémánt végző szerszámok túlszárnyalják a keményfémet CFRP vágásnál a kopásállóságban (>3-szoros élettartam) és a felületminőség tekintetében.

• Az előtolási sebesség optimalizálása kritikus a gyémánt szerszám törés elkerülésére.

• A jövőbeli kutatásoknak hibrid szerszámterveket kellene értékelni költségérzékeny alkalmazásokhoz.