Frese in carburo vs frese in diamante per la rifinitura di CFRP

La domanda dell'industria aerospaziale per la finitura ad alta precisione di CFRP ha intensificato la ricerca sulla selezione dei materiali per gli utensili. Sebbene le frese in carburo dominino la lavorazione generale, lavorazione meccanica , la loro rapida usura in presenza di CFRP abrasivo aumenta i costi di produzione. Gli utensili in diamante, sebbene costosi, promettono una maggiore durata grazie all'estrema durezza (Durezza Vickers: 10.000 vs. 1.600 kgf/mm²). Questo studio affronta due lacune: (1) confronto quantitativo dei meccanismi di usura in condizioni reali di taglio e (2) valutazione della fattibilità economica per applicazioni di alto volume.

Metodologia

1. Progettazione sperimentale

Pezzo: T800S/3900-2 CFRP (volume di fibra: 60%, spessore: 12 mm). Utensili:

• Carburo: 6 taglienti, elica 10°, rivestimento AlTiN

• Diamante: 4 taglienti, punta PCD, elica 8°

Parametri di lavorazione replicati per la finitura dei componenti Airbus A350.

2. Acquisizione dati

L'usura degli utensili è stata misurata ogni ora tramite microscopia confocale laser (Keyence VK-X1000). La delaminazione è stata valutata secondo ASTM D7268 utilizzando la scansione micro-CT.

Risultati e Analisi

1. Progressione dell'usura

Gli utensili in diamante hanno mantenuto un'usura del fianco <0,15 mm dopo 120 minuti, mentre quelli in carburo hanno superato 0,5 mm a 75 minuti, causando lo sfilamento delle fibre (p<0,01, ANOVA).

2. Qualità superficiale

La divergenza Ra è emersa dopo 90 min: diamante (1,2±0,3 μm) vs. carburo (2,8±0,7 μm).

Dibattito

La performance del diamante è allineata alla sua maggiore conducibilità termica (500 W/mK vs. 110 W/mK), riducendo la degradazione della matrice indotta dal calore. Tuttavia, la frattura fragile osservata a regimi di avanzamento >0,12 mm/dente suggerisce limiti operativi.

Conclusione

Le frese in diamante superano il carburo in termini di resistenza all'usura (>3× la durata) e finitura superficiale per la rifinitura di CFRP.

• L'ottimizzazione del regime di avanzamento è fondamentale per prevenire la frattura dell'utensile in diamante.

• Futuri studi dovrebbero valutare soluzioni di utensili ibridi per applicazioni sensibili ai costi.