Hartmetall kontra diamantfräsar för trimning av kolfiberarmerad plast (CFRP)

Luftfartsindustrins efterfrågan på högprecisions CFRP-kantning har intensifierat forskningen kring val av verktygsmaterial. Även om carbideväskar dominerar allmän bearbetning ,deras snabba slitage i abrasiv CFRP ökar produktionskostnaderna. Diamantverktyg, även om de är dyra, lovar förlängd hållbarhet på grund av extrem hårdhet (Vickerhårdhet: 10 000 mot 1 600 kgf/mm²). Denna studie behandlar två luckor: (1) kvantitativ jämförelse av slitemekanismer under realistiska skärningsförhållanden och (2) ekonomisk genomförbarhetsbedömning för högvolymsapplikationer.

Metodik

1. Experimenterande Design

Arbetsstycke: T800S/3900-2 CFRP (fibervolym: 60 %, tjocklek: 12 mm). Verktyg:

• Carbide: 6-fläns, 10° vinkel, AlTiN-beklädnad

• Diamant: 4-fläns, PCD-tippad, 8° vinkel

Bearbetningsparametrar replikerade Airbus A350 komponentkantning.

2. Datainsamling

Verktygsnötning mättes varje timme med laserconfocalmikroskop (Keyence VK-X1000). Delaminering bedömdes enligt ASTM D7268 med mikro-CT-scanning.

Resultat och analys

1. Nötningens progression

Diamantverktyg behöll en flanknötning på <0,15 mm efter 120 minuter, medan legeratstål överskred 0,5 mm vid 75 minuter, vilket orsakade fibrer att ryckas ut (p<0,01, ANOVA).

2. Ytkvalitet

Ra-avvikelse uppstod efter 90 minuter: diamant (1,2±0,3 μm) jämfört med legeratstål (2,8±0,7 μm).

Diskussion

Diamantens prestanda överensstämmer med dess högre termiska ledningsförmåga (500 W/mK jämfört med 110 W/mK), vilket minskar värmeinducerad matrixtedgning. Emellertid observerades sprödbrist vid matningshastigheter >0,12 mm/tand, vilket tyder på driftsgränser.

Slutsats

Diamantfräsar presterar bättre än legeratstål vad gäller nötningstålighet (>3× livslängd) och ytfinish vid trimning av CFRP.

• Optimering av matningshastighet är avgörande för att förhindra diamantverktygsbrott.

• Framtida arbete bör utvärdera hybriddesign av verktyg för kostnädskänsliga applikationer.