Wiertła węglikowe kontra diamentowe do obróbki CFRP

Egzotyczny stop obróbki szkody w narzędziach wyniosły 2,8 mld USD na całym świecie w 2024 roku (raport IMTS). Mimo że metody empiryczne dominują na hali produkcyjnej, badanie ASME z 2025 roku potwierdziło ich nieefektywność: 43% producentów lotniczych producenci deklaruje odpady z zakresu 12–18% przedmiotów podczas kalibracji parametrów. W tej pracy poruszono dwie luki:

• Brak kompensacji termicznej w czasie rzeczywistym w generatorach G-code

• Zbyt duże poleganie na zadeklarowanych przez producenta prędkościach (zazwyczaj z odchyleniem ±20%)

Metodologia

1. Projektowanie modelu

Algorytm łączy:

• Przewidywanie obciążenia cieplnego: zmodyfikowane równania Komanduri-Hou

• Szacowanie zużycia narzędzia: śledzenie zużycia przyłożnego za pomocą sygnałów emisji akustycznej (AE) (50–350 kHz)

2. Dane wejściowe

• Właściwości materiału: mapy anizotropii 3D z wyników skanowania EBSD

• Dynamika maszyny: podatność śruby kulowej (≤0,003 mm/N) i wychylenie wrzeciona (≤1 µm)

3. Protokół weryfikacji

Przetestowano na DMG MORI NTX 1000 (12K RPM) z dynamometrem Kistler 9257B

Wyniki i analiza

1. Metryki wydajności

• Czas przygotowania: 4,7 godz. 1,6 godz.

• Trwałość narzędzia: 38 sztuk 61 sztuk

• Wykończenie powierzchni: Ra 1,8 µm Ra 0,6 µm

2. Wpływ kosztowy

• Oszczędność 2400 USD na każde 100 części w stopie Inconel 718 klasy lotniczej

• Zmniejszenie zużycia energii o 22% (potwierdzone zgodnie z normą ISO 14955-1)

Dyskusja

1. Kluczowe zalety

• Adaptacja dynamiczna: Dostosowuje się do tępienia narzędzia (≥0,2 mm zużycia przy ostrzu uruchamia ponowne obliczenia)

• Uniwersalność materiałowa: Obsługuje materiały gradientowe takie jak GRCop-84 (Cu-8Cr-4Nb)

2. Ograniczenia

• Wymaga wstępnie załadowanych profili sztywności maszyny

• Nie zoptymalizowano jeszcze do mikrofrezowania (<0,5 mm narzędzia)

Podsumowanie

Model eliminuje domysły przy obróbce stopów dzięki:

• Generowaniu parametrów zgodnie z prawami fizyki

• Integracji danych zwrotnych z czujników AE w czasie rzeczywistym

Prace w przyszłości zostaną rozszerzone na systemy EDM i hybrydowe z dodawaniem materiału.