Jakie są najlepsze narzędzia tnące do nowoczesnych materiałów kompozytowych?

Irvine, Kalifornia, USA - Mannheim, Niemcy

Udostępnij na LinkedIn

ChatGPT

Jakie są najlepsze narzędzia tnące do nowoczesnych materiałów kompozytowych?

W różnych nowoczesnych branżach, takich jak lotnictwo, motoryzacja, energia odnawialna i artykuły sportowe, istnieje duża zależność od wykorzystania zaawansowanych materiałów kompozytowych, takich jak polimery wzmocnione włóknem węglowym (CFRP), włókno szklane, kevlar i laminaty hybrydowe. Materiały te mają bardzo wysoki stosunek wytrzymałości do masy, są odporne na korozję i pozwalają na dużą elastyczność projektowania, ale ich obróbka stanowi duże wyzwanie. Ich włókna, które są bardzo twarde i ścierne, warstwowa konstrukcja i tendencja do rozwarstwiania wymagająkompozytowych narzędzi tnących, które są specjalnie zaprojektowane, aby zapewnić wymaganą precyzję i trwałość.

Wybór odpowiednich narzędzi tnących ma kluczowe znaczenie nie tylko dla uzyskania ładnych i precyzyjnych cięć, ale także dla uzyskania dłuższej żywotności narzędzi, mniejszej ilości odpadów i lepszej wydajności produkcji. Poniżej przedstawiono najlepsze typy narzędzi i technologie, które są obecnie dostępne do obróbki współczesnych materiałów kompozytowych.

1. Narzędzia skrawające powlekane diamentem: Branżowy standard obróbki kompozytów ściernych

Powłoki diamentowe, w szczególności polikrystaliczny diament (PCD) i powłoki diamentowe CVD (Chemical Vapor Deposition), są standardem w precyzyjnej obróbce nowoczesnych kompozytów.

Narzędzia z powłoką diamentową są najlepsze z następujących powodów.

• Ekstremalna twardość przeciwdziała zużyciu powodowanemu przez włókna węglowe i szklane.

• Doskonała odporność na ciepło pozwala narzędziom na stałą pracę nawet przy bardzo wysokich prędkościach wrzeciona.

• Niezwykle ostre krawędzie tnące, które zapobiegają rozwarstwianiu się i strzępieniu w wyniku cięcia laserowego.

• Trwałość narzędzia jest długa, co stanowi dużą różnicę w porównaniu z węglikami spiekanymi w zastosowaniach o wysokim zapotrzebowaniu.
  

Najlepsze zastosowania

• Przycinanie komponentów CFRP

• Frezowanie laminatów lotniczych

• Zautomatyzowana obróbka wielkoseryjna
  

Dla producentów korzystających z narzędzi skrawających CNC , frezy, wiertła i frezy walcowo-czołowe z powłoką diamentową są niezbędne, gdy liczy się precyzja i trwałość.

2. Narzędzia z polikrystalicznym diamentem (PCD): Wysokowydajne narzędzia skrawające do produkcji wielkoseryjnej

Narzędzia PCD są projektowane poprzez spiekanie cząstek diamentu w stałą masę, tworząc niezwykle trwałą krawędź tnącą. Należą one do kategorii wysokowydajnych narzędzi skrawających, szczególnie w zastosowaniach, w których materiał przedmiotu obrabianego szybko zużywa tradycyjne frezy.

Korzyści

• Wyjątkowa odporność na zużycie w środowiskach ściernych
  

• Stałe wykończenie powierzchni w długich cyklach produkcyjnych
  

• Indywidualna geometria narzędzia zapewniająca cięcie bez rozwarstwień
  

Zastosowania

Narzędzia skrawające PCD doskonale sprawdzają się w

• Elementy konstrukcyjne dla przemysłu lotniczego

• Obróbka łopat turbin wiatrowych

• Panele nadwozia z włókna węglowego w przemyśle motoryzacyjnym
  

Ich sztywność i trwałość sprawiają, że idealnie nadają się do zrobotyzowanych gniazd obróbczych i zautomatyzowanych linii CNC, gdzie wymiana narzędzi musi być zminimalizowana.

3. Narzędzia z węglików spiekanych z zaawansowanymi powłokami: Ekonomiczna opcja

Podczas gdy narzędzia diamentowe są rozwiązaniami premium, powlekane narzędzia z węglików spiekanych są nadal szeroko stosowane do obróbki mniejszych ilości lub mieszanych materiałów. Nowoczesne powłoki, takie jak TiAlN, TiCN i DLC (węgiel diamentopodobny) zapewniają lepszą odporność na zużycie i stabilność skrawania.

Zalety

• Bardziej opłacalne niż diament PCD lub CVD
  

• Dobra wydajność na bardziej miękkich kompozytach
  

• Odporność na gromadzenie się i wytwarzanie ciepła
  

Są one szczególnie przydatne w warsztatach, w których obróbka materiałów kompozytowych odbywa się sporadycznie i gdzie wymagana jest równowaga między wydajnością a kosztami.

4. Frezy trzpieniowe do włókna szklanego i miękkich kompozytów

Frezy trzpieniowe do kompozytów składają się z wielu karbowanych krawędzi tnących, które są przeznaczone do szlifowania, a nie cięcia włókien. Takie szlifowanie sprawia, że włókna pozostają przytwierdzone do materiału, co przekłada się na bardzo dobrą jakość powierzchni w przypadku określonych materiałów.

Znakomite zastosowanie

• Arkusze z włókna szklanego

• Rodzaje plastra miodu

• Tworzywa sztuczne wzmocnione krótkimi włóknami

Frezy trzpieniowe mają powyższe zalety, ale nie są tak trwałe jak diamenty. Nadal jednak zapewniają czyste cięcie i są kompatybilne z konfiguracjami obróbki CNC.

5. Frezy kompresyjne zapewniające czyste krawędzie bez rozwarstwień

Frezy kompresyjne mają różne geometrie rowków (dolny ma cięcie w górę, a górny w dół) i ściskają warstwy kompozytowe do wewnątrz podczas ich cięcia.

Zalety

• Delaminacja i strzępienie są znacznie zredukowane

• Laminowane materiały mają lepszą jakość krawędzi

• Gotowe części kompozytowe mogą być idealnie przycięte

Jest to szczególnie przydatne w przypadku laminowanych paneli CFRP, które mają być stosowane w sektorze lotniczym i sportów motorowych.

6. Wiertła pełnowęglikowe z optymalizacją geometrii wierzchołka

Wiercenie w materiałach kompozytowych może prowadzić do rozwarstwienia, odprysków i pękania włókien, jeśli używane są niewłaściwe narzędzia. Obecnie wiertła pełnowęglikowe przeznaczone do kompozytów mają kilka zalet, które posiadają wiertła pełnowęglikowe przeznaczone do kompozytów:

Szczytowa geometria końcówki

Końcówki z podwójnymi kątami

Krawędzie do łamania wiórów

Korzyści

• Mniejsze strzępienie po stronie wylotowej

• Bardziej precyzyjne średnice otworów

• Lepsza jakość otworu

Używając zautomatyzowanych narzędzi tnących CNC, wiertła te mogą tworzyć otwory klasy lotniczej, które spełniają najsurowsze wymagania dotyczące tolerancji.

7. Łamacz wiórów i ząbkowane narzędzia tnące do redukcji ciepła

Obróbka kompozytów nie przypomina tradycyjnego procesu cięcia metalu, ponieważ nie wytwarza wiórów metalowych; głównymi produktami ubocznymi są włókna i pył. Używanie ząbkowanych lub łamanych krawędzi na narzędziach pomaga w rozbijaniu włókien na drobne cząstki, co z kolei prowadzi do mniejszego gromadzenia się ciepła i zapobiega blokowaniu się narzędzia.

Dlaczego mają znaczenie

• Mniejszy wpływ termiczny na krawędź tnącą

• Niższe koszty wymiany narzędzi

• Wyższa ogólna wydajność cięcia

Te konkretne narzędzia znajdują maksymalne zastosowanie w obróbce grubych stosów kompozytów lub materiałów bogatych w żywicę, które mogą przyklejać się do standardowych frezów.

8. Ultradźwiękowe narzędzia tnące: Zaawansowana alternatywa

Obróbka ultradźwiękowa staje się coraz bardziej preferowana ze względu na jej zdolność do cięcia twardych materiałów przy użyciu bardzo małej siły. Narzędzie wykonuje ruchy wibracyjne na częstotliwościach ultradźwiękowych, co w znacznym stopniu zmniejsza tarcie.

Zalety

• Czystsze krawędzie prawie bez rozwarstwień i doskonała przyczepność

• Mniejsze zużycie narzędzia

• Precyzyjne przycinanie kruchych kompozytów

Niemniej jednak systemy ultradźwiękowe są drogie, ale są przyszłością obróbki kompozytów w zastosowaniach wymagających najwyższej precyzji.

Wybór najlepszego narzędzia dla danego materiału kompozytowego

Wybór odpowiednich narzędzi do cięcia kompozytów zależy w dużej mierze od konkretnego obrabianego kompozytu:

Współczesne materiały kompozytowe wymagają najnowocześniejszych rozwiązań w zakresie obróbki skrawaniem. Niezależnie od tego, czy stosowane są wysokowydajne narzędzia skrawające w postaci narzędzi z powłoką diamentową, PCD lub CVD poprzez zautomatyzowane, szybkie CNC, czy też ręczne przycinanie, wybór takich wysokowydajnych narzędzi skrawających - od narzędzi z powłoką diamentową, PCD po routery kompresyjne i frezy ultradźwiękowe - zagwarantuje najlepsze wyniki. Najbardziej odpowiednie narzędzia mają najdłuższą żywotność, najlepiej znoszą wysoką temperaturę i są ukształtowane zgodnie ze szczególnymi właściwościami fizycznymi kompozytów. W procesie korzystania zkompozytowych narzędzi tnących producenci nie tylko podwajają swoją produktywność i precyzję, ale także czerpią korzyści z lepszej jakości części i zmniejszonych długoterminowych kosztów narzędzi.