Freze cu carbide vs diamant pentru finisarea CFRP

Cererea industriei aerospațiale pentru finisarea CFRP cu înaltă precizie a intensificat cercetările privind selecția materialului sculelor. Deși frezele din carbide domină prelucrările generale mașini de prelucrat ,uzura lor rapidă în CFRP-ul abraziv crește costurile de producție. Sculele din diamant, deși sunt scumpe, promit o durabilitate mai mare datorită durității extreme (duritate Vickers: 10.000 vs. 1.600 kgf/mm²). Acest studiu abordează două aspecte lipsă: (1) comparație cantitativă a mecanismelor de uzură în condiții reale de tăiere și (2) evaluarea fezabilității economice pentru aplicații cu volum mare.

Metodologie

1. Proiect experimental

Materialul prelucrat: T800S/3900-2 CFRP (volum de fibră: 60%, grosime: 12 mm). Scule:

• Carbide: 6 tăişuri, 10° elice, acoperite cu AlTiN

• Diamant: 4 tăişuri, cu vârf PCD, 8° elice

Parametrii de prelucrare replică ai tăierii componentelor Airbus A350.

2. Achiziție date

Uzura sculei a fost măsurată la fiecare oră prin microscopie confocală cu laser (Keyence VK-X1000). Desprinderea stratului a fost evaluată conform ASTM D7268 utilizând scanare micro-CT.

Rezultate și Analiză

1. Progresia uzurii

Sculele din diamant au menținut uzura de flanc <0,15 mm după 120 min, în timp ce carbida a depășit 0,5 mm la 75 min, declanșând smulgerea fibrelor (p<0,01, ANOVA).

2. Calitatea suprafeței

Divergența Ra a apărut după 90 min: diamant (1,2±0,3 μm) vs. carbide (2,8±0,7 μm).

Discuție

Performanța diamantului este în concordanță cu conductibilitatea sa termică mai ridicată (500 W/mK vs. 110 W/mK), reducând degradarea matricei indusă de căldură. Cu toate acestea, fractura fragilă observată la rate de avans >0,12 mm/dinte sugerează limitele de funcționare.

Concluzie

Frezele din diamant depășesc performanțele carbidei în ceea ce privește rezistența la uzură (>3× durata de viață) și calitatea suprafeței finite pentru finisarea CFRP.

• Optimizarea ratei de avans este esențială pentru a preveni fracturarea sculei din diamant.

• Studiile viitoare ar trebui să evalueze designurile hibride de scule pentru aplicații sensibile la costuri.