Informacje prasowe

Nowa definicja wydajności frezowania materiałów kompozytowych

W jaki sposób zaawansowane projektowanie narzędzi i inĹźynieria materiałowa ograniczają zuĹźycie ścierne występujące podczas obróbki kompozytów

Materiały kompozytowe rewolucjonizują przemysł, jednak ich obróbka pozostaje wyzwaniem. Nawet przy zastosowaniu zaawansowanych obrabiarek i systemów sterowania obróbka włókien i Ĺźywic nadal stanowi wyzwanie zarówno dla inĹźynierów, jak i operatorów. W artykule Liam Haglington, kierownik ds. produktów w dziale węglikowych frezów trzpieniowych w firmie Sandvik Coromant - światowym liderze w dziedzinie narzędzi skrawających i rozwiązań obróbczych - wyjaśnia, w jaki sposób zaawansowana konstrukcja narzędzi i inĹźynieria materiałowa pomagają producentom pokonywać ograniczenia związane z ścieraniem powierzchni frezów w obróbce kompozytów.

Lekkie kompozyty o wysokiej wytrzymałości, takie jak polimery wzmocnione włóknem węglowym (CFRP), zapewniają niezrównane właściwości uĹźytkowe, charakteryzując się wysokim stosunkiem sztywności do masy, odpornością na korozję oraz elastycznością projektowania, co pozwala na wdraĹźanie strategii zmniejszania masy konstrukcji.

Przemysł lotniczy i kosmiczny pozostaje najbardziej wymagającym obszarem zastosowań kompozytów. Elementy takie jak ramy kadłuba, skrzydła, stateczniki, dĹşwigary, Ĺźebra i belki podłogowe mają kluczowe znaczenie dla integralności strukturalnej i są często obrabiane w warunkach wymagających precyzji podczas produkcji seryjnej. Materiały kompozytowe nadają się szczególnie do tych konstrukcji lotniczych, poniewaĹź charakteryzują się wysokim stosunkiem sztywności do masy, doskonałą odpornością na zmęczenie materiałowe oraz moĹźliwością dostosowania właściwości poprzez odpowiednią orientację włókien, co pozwala zapewnić wytrzymałość dokładnie tam, gdzie jest ona potrzebna: są to cechy niezbędne w przypadku lekkich, wysokowydajnych elementów konstrukcji samolotu.

Korzyści odnoszą równieĹź inne branĹźe. Producenci samochodów wykorzystują CFRP w celu zmniejszenia masy pojazdów i zwiększenia ich wydajności. Według JEC materiały kompozytowe mają „kluczowe znaczenie w zastosowaniach, w których redukcja masy pozostaje priorytetem w celu poprawy efektywności paliwowej i ograniczenia emisji gazów cieplarnianych”. Stanowią one obecnie około 17% materiałów wykorzystywanych w przemyśle lotniczym oraz 8% materiałów stosowanych w sektorze transportowym. We wszystkich tych sektorach stabilna kontrola procesów i niezawodne wyposaĹźenie przekładają się bezpośrednio na oszczędności kosztów i pewność produkcji.

Dlaczego obróbka materiałów kompozytowych jest tak wymagająca

Obróbka wiórowa znacznie róĹźni się w przypadku kompozytów i metali. Kompozyty łączą w sobie sztywne, ścierne włókna z bardziej miękką matrycą z Ĺźywicy, a kaĹźda zmiana orientacji włókien wpływa na zachowanie materiału podczas skrawania. Nawet powierzchnia, która wydaje się jednolita, stanowi dla narzędzia środowisko podlegające ciągłym zmianom.

Takie zmienne zachowanie powoduje wady znane producentom materiałów kompozytowych: moĹźe dojść do rozwarstwienia, gdy warstwy oddzielają się pod wpływem nadmiernych sił; pojawiają się nieprzecięte lub wyrwane włókna, gdy narzędzie nie jest w stanie precyzyjnie przeciąć wzmocnienia; a jakość powierzchni moĹźe stać się nierównomierna, gdy włókna i Ĺźywica róĹźnie reagują na wzrost temperatury i ciśnienia. Wszystkie te problemy wynikają z tej samej przyczyny. Materiał nie zachowuje się w sposób powtarzalny, a sposoby jego uszkodzenia są nieprzewidywalne.

MoĹźe to mieć znaczący wpływ na produkcję. Wady powodują powstawanie odpadów, konieczność przeprowadzania dodatkowych kontroli, przeróbek oraz mogą powodować zatrzymanie linii produkcyjnych, zwłaszcza w wymagających wysokiej precyzji przemyśle lotniczym i kosmicznym, gdzie niedopuszczalne są jakiekolwiek odchylenia od norm.

Dodatkowym utrudnieniem jest wraĹźliwość na wysoką temperaturę. Wraz ze wzrostem temperatury Ĺźywica mięknie, podczas gdy włókna pozostają sztywne, co zwiększa ryzyko rozwarstwienia lub strzępienia się materiału. Jeśli temperatura podczas obróbki jest zbyt niska, Ĺźywica pozostaje krucha, co przyspiesza zuĹźycie narzędzi. Parametry obróbki muszą być precyzyjnie sterowane, jednak w przypadku tradycyjnych narzędzi często trudno jest osiągnąć odpowiednią równowagę. Skutkiem tego jest szybkie zuĹźycie, niepewna trwałość narzędzi oraz obniĹźona jakość elementów.

Warunkiem niezawodnej obróbki jest zastosowanie narzędzi zaprojektowanych tak, aby stabilizować proces, kontrolować drgania i zarządzać temperaturą. Bez takiego poziomu kontroli obróbka kompozytów pozostaje trudnym i nieprzewidywalnym zadaniem.

Rozwiązanie inĹźynieryjne: CoroMill® Plura 2P350 do obróbki kompozytów

Spełnienie tych wymagań wiąże się z koniecznością zastosowania narzędzia zaprojektowanego nie tylko do skrawania materiału, ale takĹźe do kontrolowania sposobu rozdzielania się włókien oraz postępu zuĹźycia w miarę upływu czasu. Frez CoroMill® Plura composite 2P350 . został zaprojektowany właśnie z myślą o tych celach.

Sercem frezu 2P350 jest oryginalny mechanizm podwójnego skrawania. W odróĹźnieniu od tradycyjnych frezów trzpieniowych, nie rozrywa on włókien, lecz tnie je w sposób czysty. Mechanizm ten działa na zasadzie noĹźyc, zbliĹźając do siebie dwie krawędzie tnące, aby w kontrolowany sposób unieść i ściąć włókna. Jedna krawędĹş prowadzi włókna, a druga je tnie, co zapewnia stabilność laminatu i zapobiega rozwarstwianiu się. Takie skoordynowane działanie pozwala równieĹź wyrównać obciążenie podczas skrawania, co zmniejsza drgania i zapewnia bardziej spójny oraz przewidywalny przebieg obróbki.

Geometria narzędzia została zoptymalizowana pod kątem wysokiej wydajności. DuĹźa objętość rowków wiórowych zapewnia skuteczne odprowadzanie pyłu i luĹşnych włókien powstających podczas skrawania. Ich szybkie usuwanie zmniejsza ryzyko ponownego przecięcia i pomaga utrzymać stabilność oraz czystość cięcia. NiezaleĹźnie od tego, czy chodzi o obróbkę rowków, fazowanie czy obróbkę krawędzi, frez 2P350 pozwala wykonać wszystkie operacje – od obróbki zgrubnej po wykończeniową – w ramach jednej konfiguracji. NiĹźszy poziom drgań i stabilny przebieg skrawania sprawiają równieĹź, Ĺźe w hali produkcyjnej natężenie hałasu jest umiarkowane co zwiększa komfort pracy.

Frez CoroMill® Plura composite 2P350 zachowuje stałe właściwości skrawające w szerokim zakresie warunków, co pozwala producentom utrzymać stałą jakość niezaleĹźnie od róĹźnic w obrabianych przedmiotach lub uchwytach narzędziowych. Mechanizm kontrolowanego skrawania poprawia wydajność podczas wykonywania skomplikowanych operacji, co ma szczególne znaczenie w produkcji bezobsługowej lub w pełni zautomatyzowanej, podczas której operatorzy nie mogą interweniować. Przewidywalne zachowanie narzędzia oraz mniejsze wibracje zmniejszają ryzyko nagłego zuĹźycia narzędzia, umoĹźliwiając ciągłość produkcji i ograniczając zaleĹźność od doświadczenia operatora.

Potencjał O2AD

Jednak sama geometria nie wystarcza w zastosowaniach związanych z materiałami kompozytowymi o właściwościach ściernych. Krawędzie muszą równieĹź wytrzymywać ciągłe oddziaływanie włókien wzmacniających, i właśnie w tym kontekście kluczowe znaczenie ma materiał narzędzia, np. gatunek O2AD.

Gatunek O2AD łączy w sobie zaawansowaną inżynierię materiałową z grubą powłoką diamentową o wysokiej przyczepności, naniesioną metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej. Specjalnie dostosowane podłoże zapewnia optymalne wiązanie między warstwą diamentową a korpusem narzędzia, zapobiegając przedwczesnemu odwarstwianiu się powłoki i wydłużając żywotność narzędzia.

Testy w lokalizacjach klientów i wewnętrzne wykazały, Ĺźe trwałość narzędzia wzrosła mniej więcej dwukrotnie w porównaniu z poprzednim gatunkiem O12M. W jednym z przypadków z branĹźy lotniczej, dotyczącym elementu skrzydła samolotu obrabianego na sucho z zastosowaniem próĹźni na 5-osiowej obrabiarce bramowej, gatunek O2AD zapewnił 100-procentowy wzrost trwałości narzędzia w porównaniu z gatunkiem O12M przy tych samych warunkach skrawania. Przewidywalny i stopniowy charakter zuĹźycia daje producentom pewność pozwalającą na zwiększanie parametrów skrawania przy jednoczesnym ograniczeniu ilości odpadów i częstotliwości wymiany narzędzi. Pozwala to na osiągnięcie wymiernych oszczędności dzięki wydłuĹźeniu czasu pracy narzędzia, zmniejszeniu zapasów narzędzi oraz ograniczeniu przestojów.

Dzięki połączeniu wytrzymałości powłoki diamentowej ze stabilnym podłoĹźem gatunek O2AD bezpośrednio odpowiada na główne wyzwania związane z frezowaniem kompozytów. Stała jakość krawędzi skrawającej zapewnia równomierny rozkład sił skrawania, ogranicza drgania i sprawia, Ĺźe proces obróbki staje się bardziej przewidywalny. Producenci mogą zapewnić czystszą obróbkę, bardziej stabilną trwałość narzędzia oraz bardziej niezawodne wyniki przy obróbce materiałów kompozytowych o właściwościach ściernych.

CoroMill® Plura composite 2P350 z gatunkiem O2AD to coś więcej niĹź tylko narzędzie do frezowania. Rozwiązuje ono problemy związane ze zuĹźyciem ściernym, ryzykiem rozwarstwiania, wraĹźliwością termiczną i drganiami, umoĹźliwiając jednocześnie powtarzalne uzyskanie wysokiej jakości przedmiotów niezaleĹźnie od stopnia złoĹźoności lub zmienności. Od przemysłu lotniczego i kosmicznego po motoryzację, obronność, przemysł kosmiczny i morski – frez 2P350 pomaga producentom zwiększyć wydajność, zapewnić integralność przedmiotu obrabianego oraz kontrolować koszty. Dla producentów stających przed wyzwaniem skrawania materiałów trudnych w obróbce frez CoroMill® Plura 2P350 wyznacza nowy standard w dziedzinie niezawodnego i wysokowydajnego frezowania kompozytów.

Patrząc z szerszej perspektywy, postępy te pokazują, jak rozwój geometrii i inĹźynierii materiałowej zmienia granice moĹźliwości w zakresie obróbki kompozytów. Rozwarstwianie, zmienność układu włókien i wraĹźliwość na wysoką temperaturę są nieodłączną częścią obróbki tych materiałów, jednak odpowiednie rozwiązania techniczne pozwalają pokonać te przeszkody i zapewnić stabilną oraz przewidywalną pracę.

Więcej na temat frezu CoroMill® Plura composite 2P350, dowiedzieć się moĹźna ze strony internetowej produktu na witrynie Sandvik Coromant.

Ĺšródło: Sandvik Coromant