Твёрдый сплав или алмазные фрезы для обработки кромок деталей из углепластика (CFRP)

Спрос со стороны авиационной промышленности на высокоточную обработку CFRP усилил исследования по выбору материала инструментов. Хотя карбидные фрезы доминируют в общем обработка , их быстрый износ при абразивной обработке CFRP увеличивает производственные затраты. Алмазные инструменты, несмотря на высокую стоимость, обеспечивают длительный срок службы благодаря экстремальной твёрдости (твердость по Виккерсу: 10 000 против 1 600 кгс/мм²). В этом исследовании рассматриваются два пробела: (1) количественное сравнение механизмов износа при реальных условиях резания и (2) оценка экономической целесообразности для массового применения.

Методология

1. Экспериментальный дизайн

Заготовка: CFRP T800S/3900-2 (объем волокна: 60%, толщина: 12 мм). Инструменты:

• Карбид: 6-зубая, 10° спираль, покрытие AlTiN

• Алмаз: 4-зубая, с напайками PCD, 8° спираль

Параметры обработки воспроизводят обработку компонентов Airbus A350.

2.Сбор данных

Износ инструмента измерялся ежечасно с помощью лазерной конфокальной микроскопии (Keyence VK-X1000). Оценка расслоения проводилась в соответствии с ASTM D7268 с использованием микроКТ сканирования.

Результаты и анализ

1.Прогрессирование износа

Алмазные инструменты обеспечивали износ по задней поверхности менее 0,15 мм после 120 мин, тогда как у твердосплавных инструментов износ превышал 0,5 мм уже через 75 мин, что приводило к вырыванию волокон (p<0,01, ANOVA).

2.Качество поверхности

Отличия по параметру Ra стали заметны после 90 мин: алмазный инструмент (1,2±0,3 мкм) против твердосплавного (2,8±0,7 мкм).

Обсуждение

Высокие эксплуатационные характеристики алмаза согласуются с его более высокой теплопроводностью (500 Вт/м·К против 110 Вт/м·К), что снижает тепловую деградацию матрицы. Однако, хрупкое разрушение наблюдалось при подачах более 0,12 мм/зуб, что указывает на пределы эксплуатации.

Заключение

Алмазные фрезы превосходят твердосплавные по износостойкости (>3-кратный срок службы) и качеству обработанной поверхности при обрезке CFRP.

• Оптимизация подачи критична для предотвращения хрупкого разрушения алмазного инструмента.

• В будущей работе следует оценить гибридные конструкции инструментов для применений, чувствительных к стоимости.