Karbidové alebo diamantové frézy na orezanie CFRP

Požiadavky leteckého priemyslu na vysokú presnosť orezávania CFRP spôsobili zvýšený výskum vo výbere materiálu nástrojov. Zatiaľ čo karbidové frézy dominujú všeobecné obdelníkovanie ,ich rýchle opotrebovanie pri abrazívnom CFRP zvyšuje výrobné náklady. Diamantové nástroje, aj keď sú drahšie, vďaka extrémnej tvrdosti (Vickersova tvrdosť: 10 000 vs. 1 600 kgf/mm²) zaručujú dlhšiu trvanlivosť. Táto štúdia rieši dve medzery: (1) kvantitatívne porovnanie mechanizmov opotrebovania za reálnych rezných podmienok a (2) ekonomickú návratnosť pre vysoké objemy výroby.

Metodológia

1. Návrh experimentu

Obrobok: T800S/3900-2 CFRP (objemový podiel vlákna: 60 %, hrúbka: 12 mm). Nástroje:

• Tvrdokov: 6-boký, 10° stúpanie, povlak AlTiN

• Diamantový: 4-boký, PCD s hrotom, 8° stúpanie

Parametre obrábania zodpovedajú rezaniu komponentov Airbus A350.

2. Zber údajov

Opotrebenie nástroja sa meralo každú hodinu pomocou laserovej konfokálnej mikroskopie (Keyence VK-X1000). Delaminácia bola hodnotená podľa ASTM D7268 pomocou mikro-CT skenovania.

Výsledky a analýza

1. Pokrok opotrebenia

Diamantové nástroje udržiavali bokové opotrebenie <0,15 mm po 120 minútach, zatiaľ čo tvrdokov prekročil 0,5 mm už po 75 minútach, čo spôsobilo vytiahnutie vlákien (p<0,01, ANOVA).

2. Kvalita povrchu

Rozdiel Ra sa objavil po 90 minútach: diamant (1,2 ± 0,3 μm) vs. karbid (2,8 ± 0,7 μm).

Diskusia

Výkon diamantu zodpovedá jeho vyššej tepelnej vodivosti (500 W/mK vs. 110 W/mK), čo znižuje degradáciu matice spôsobenú teplom. Avšak krehké lomy pozorované pri posuvoch >0,12 mm/zub naznačujú prevádzkové limity.

Záver

Diamantové frézy prekonávajú karbidové vo všetkosti (>3-násobná životnosť) a v kvalite povrchu pri orezávaní CFRP.

• Optimalizácia posuvu je kľúčová pre zabránenie lomom diamantového nástroja.

• V budúcnosti by sa mali preskúmať hybridné návrhy nástrojov pre nákladovo citlivé aplikácie.