Carbide vs. diamantfræser for CFRP-kapping

Luftfartindustriens etterspørsel etter høypresisjons-CFRP-kapping har intensivert forskning på valg av verktøymaterialer. Selv om carbidekroner dominerer generell maskinering , sliter de raskt i abrasive CFRP, noe som øker produksjonskostnadene. Diamantverktøy, selv om de er dyre, lover lengre holdbarhet på grunn av ekstrem hardhet (Vickers-hardhet: 10 000 mot 1 600 kgf/mm²). Denne studien adresserer to hull: (1) kvantitativ sammenligning av slitemekanismer under realistiske skjæreforhold, og (2) økonomisk gjennomførbarhetsvurdering for høyvolumsapplikasjoner.

Metodologi

1. Eksperimentell design

Arbeidsstykke: T800S/3900-2 CFRP (fibervolum: 60 %, tykkelse: 12 mm). Verktøy:

• Carbide: 6-skjærende, 10° vinkel, AlTiN-beskyttet

• Diamant: 4-skjærende, PCD-tippede, 8° vinkel

Maskinparameterne gjenskapte kapping av Airbus A350-komponenter.

2. Datainnsamling

Verktøy-slitasje målt hver time via laser konfokalmikroskopi (Keyence VK-X1000). Delaminering vurdert i henhold til ASTM D7268 ved bruk av mikro-CT-scanning.

Resultater og analyse

1. Slitasjeforløp

Diamantverktøy opprettholdt sideflate-slitasje <0,15 mm etter 120 minutter, mens karbidepasserte 0,5 mm etter 75 minutter, noe som utløste fiberutdragning (p<0,01, ANOVA).

2. Overflatekvalitet

Ra-avvik oppstod etter 90 minutter: diamant (1,2±0,3 μm) mot karbide (2,8±0,7 μm).

Diskusjon

Diamantens ytelse samsvarer med dens høyere termiske ledningsevne (500 W/mK mot 110 W/mK), noe som reduserer varmeindusert matriksnedbrytning. Imidlertid ble skjellbrudd observert ved tilsettinger >0,12 mm/tann, noe som tyder på driftsgrenser.

Konklusjon

Diamantfræser utgjør karbide når det gjelder slitasjemotstand (>3× levetid) og overflatebehandling for CFRP-kapping.

• Optimering av tilsetting er avgjørende for å forhindre diamantverktøy-brudd.

• Fremtidig arbeid bør vurdere hybridverktøydesign for kostnadssensitive applikasjoner.