Wiertła węglikowe kontra diamentowe do obróbki CFRP

Popyt ze strony przemysłu lotniczego na precyzyjną obróbkę CFRP nasilił badania dotyczące doboru materiału narzędzi. Mimo że wiertła z węglika spiekanego dominują w obróbce ogólnej obróbki , ich szybkie zużycie podczas obróbki ściernego CFRP zwiększa koszty produkcji. Narzędzia diamentowe, choć droższe, oferują większą trwałość dzięki ekstremalnej twardości (twardość Vickersa: 10 000 vs. 1 600 kgf/mm²). W tej pracy poruszono dwa aspekty: (1) ilościowe porównanie mechanizmów zużycia w realnych warunkach skrawania oraz (2) ocenę opłacalności w zastosowaniach masowych.

Metodologia

1. Projekt eksperymentu

Praca: T800S/3900-2 CFRP (objętość włókna: 60%, grubość: 12 mm). Narzędzia:

• Węglikowe: 6-krancowe, 10° skok, pokryte AlTiN

• Diamentowe: 4-krancowe, z płytkami PCD, 8° skok

Parametry obróbki skopiowane z komponentu Airbus A350.

2. Pobieranie danych

Zużycie narzędzi mierzone co godzinę za pomocą konfokalnej mikroskopii laserowej (Keyence VK-X1000). Oddzielenie warstw oceniane zgodnie z normą ASTM D7268 przy użyciu skanowania mikro-CT.

Wyniki i analiza

1. Postęp zużycia

Narzędzia diamentowe zachowały zużycie tylnego powierzchni <0,15 mm po 120 min, podczas gdy węglikowe przekroczyły 0,5 mm po 75 min, powodując wyciąganie włókien (p<0,01, ANOVA).

2. Jakość powierzchni

Rozbieżność Ra pojawiła się po 90 min: diament (1,2±0,3 μm) vs. węglik (2,8±0,7 μm).

Dyskusja

Wysoka skuteczność diamentu wynika z jego większej przewodności cieplnej (500 W/mK vs. 110 W/mK), co ogranicza degradację matrycy spowodowaną przez ciepło. Jednak zaobserwowano pękanie kruche przy posuwach >0,12 mm/zęb, co wskazuje na ograniczenia operacyjne.

Podsumowanie

Diamentowe frezy wykazują lepszą odporność na zużycie (>3× dłuższa trwałość) oraz jakość powierzchni po obróbce w porównaniu do węglika przy cięciu CFRP.

• Optymalizacja posuwu jest kluczowa, aby zapobiec pękaniu narzędzi diamentowych.

• W przyszłości należy zbadać hybrydowe konstrukcje narzędzi w zastosowaniach wrażliwych na koszty.