Carbide versus diamant freesgereedschap voor het afwerken van CFRP

De vraag vanuit de luchtvaartindustrie naar hoge precisie bij het bewerken van CFRP heeft het onderzoek naar de keuze van het toolmateriaal geïntensiveerd. Hoewel carbidefrezen de voorkeur hebben voor algemene bewerking , veroorzaken hun snelle slijtage bij het bewerken van abrasief CFRP hogere productiekosten. Diamantgereedschappen, hoewel duur, beloven langere levensduur vanwege de extreme hardheid (Vickershardheid: 10.000 versus 1.600 kgf/mm²). Deze studie richt zich op twee kennisachterstanden: (1) kwantitatieve vergelijking van slijtageverschijnselen onder realistische snijomstandigheden en (2) beoordeling van de economische haalbaarheid voor toepassingen in grote volumes.

Methodologie

1. Experimenteel ontwerp

Werkstuk: T800S/3900-2 CFRP (vezelvolume: 60%, dikte: 12 mm). Gereedschappen:

• Hardmetaal: 6-voetig, 10° spoed, AlTiN-gecoat

• Diamant: 4-voetig, PCD-bespitst, 8° spoed

Frezenparameters repliceren trimmen van Airbus A350-onderdeel.

2. Gegevensverzameling

Gereedschapsslijtage gemeten per uur via laserconfocale microscopie (Keyence VK-X1000). Ontbladering beoordeeld volgens ASTM D7268 met micro-CT-scanning.

Resultaten en Analyse

1. Slijtageverloop

Diamantgereedschappen behielden flankverslijting <0,15 mm na 120 minuten, terwijl hardmetaal de 0,5 mm overschreed na 75 minuten, wat vezeltrek veroorzaakte (p<0,01, ANOVA).

2. Oppervlaktekwaliteit

Ra-divergentie trad op na 90 minuten: diamant (1,2±0,3 μm) versus carbide (2,8±0,7 μm).

Discussie

De prestatie van de diamant komt overeen met zijn hogere thermische geleidbaarheid (500 W/mK versus 110 W/mK), waardoor warmte-geïnduceerde matrixdegradatie wordt verminderd. Echter, brosse breuk die werd waargenomen bij voedingssnelheden >0,12 mm/tand wijst op operationele limieten.

Conclusie

Diamantfrezen presteren beter dan carbidefrezen qua slijtvastheid (>3× levensduur) en oppervlakteafwerking voor het bijsnijden van CFRP.

• Het optimaliseren van de voedingssnelheid is cruciaal om breuk van de diamantgereedschappen te voorkomen.

• Toekomstig onderzoek zou hybride gereedschapontwerpen moeten evalueren voor kostengevoelige toepassingen.