Оснастка, станки и геометрия инструмента для композитных материалов
Обработка композитов может выглядеть как обработка металла, но это обманчивое впечатление. Детали, изготовленные из композитного материала, такого как пластик, армированный углеродным волокном (CFRP), можно точить на тех же станках, что и металлические детали. Геометрия инструмента для обработки композитных материалов может быть такой же как и для металлов. Однако, как только режущая часть касается заготовки, обработка композитов оказывается принципиально иной. Другой механизм удаления материала.
При резке металла этим механизмом является пластическая деформация. Материал мягче инструмента, и стружка стекает по режущей кромке.
Но при механической обработке композитов механизм удаления материала можно назвать скорее разрушающим. Вместо того, чтобы срезать материал, удар режущей кромки разрушает твердые углеродные волокна. При этом режущая кромка подвергается значительному истиранию, что может привести к быстрому износу.
Геометрия инструмента влияет на производительность резания, а материал инструмента увеличивает срок службы. Это справедливо и для обработки композитов. Однако в композитах инструментальный материал также становится драйвером производительности. Композитные материалы могут привести к такому быстрому износу инструмента, что его геометрия может быстро измениться — если только материал кромки не может выдерживать истирание достаточно хорошо, чтобы сохранять свою геометрию и оставаться острым.
Деталь, изготовленная из металла, может включать в себя мощный станок, который полагается только на стандартные инструменты и простые зажимы для обеспечения работы. Фрезерование и сверление композитов, как правило, можно выполнять с помощью гораздо более легкого станка. Тем не менее, вероятно, потребуются высококлассные режущие инструменты, а также специальные приспособления, которые плотно поддерживают деталь на протяжении всего процесса обработки, чтобы предотвратить вибрацию и истирание ее тонких жестких стенок.
Вот краткое изложение того, что может потребоваться для процесса обработки углепластика:
Материал инструмента
Карбид может работать, хотя твердосплавные инструменты, обрабатывающие композиты, часто приходится менять.
Алмазный инструмент, вероятно, прослужит намного дольше. Выбор алмазного инструмента для углепластика включает алмазную крошку, нанесенную на оправку, алмазное покрытие, нанесенное путем химического осаждения из паровой фазы, или твердые вставки из поликристаллического алмаза (PCD).
Необычным выбором, разработанным специально для обработки композитов, является алмазный инструмент с прожилками, в котором прожилки алмаза заполняют прорезь в твердосплавном хвостовике.
Геометрия инструмента
Разрушение композитов похоже на деформацию металла, по крайней мере, в одном отношении: так же, как при резке металла, энергия разреза все еще преобразуется в тепло.
Углепластик особенно тяжело отводит это тепло. Не образуется стружка, отводящая тепло, и материал имеет низкую теплопроводность. Возникающее в результате тепловыделение представляет опасность расплавления или иного повреждения матрицы. Охлаждающая жидкость может не помочь, потому что она может быть недопустима при обработке некоторых композитных деталей. Таким образом, инструмент и траектория движения инструмента — это все, что остается, чтобы сдерживать высокую температуру обработки.
Острые углы обычно являются одним из ключей к достижению этого. Инструменты для фрезерования и сверления композитов имеют высокие положительные передние углы для быстрого, острого и чистого резания с минимальным нагревом. Такие инструменты также имеют задние углы, достаточные для предотвращения трения кромки инструмента при его прохождении.
Оснастка
Хотя операции механической обработки, необходимые для композитных деталей, могут быть простыми — часто просто сверлением и обрезкой, приспособления, предназначенные для поддержки этих деталей, сами по себе могут быть небольшими инженерными подвигами.
Фактически, приспособление для обработки композитной детали может потребовать значительных инженерных затрат. Чистая резка без истирания, расслоения или иного дефекта, чтобы деталь была надежно защищена от вибрации. Пригонка к детали вакуумной арматуры типична для обработки композитов. Цеха, которые выбирают механический зажим, часто используют прокладки для гашения вибрации.
Станок
Контурные формы композитных деталей обычно требуют пятиосевого станка. Некоторые мастерские, обрабатывающие металлические детали, могут использовать пятиосевые станки, которые у них уже есть. Однако количество мощности и крутящего момента, необходимых для обработки металла, обычно не требуется для композитов, по крайней мере, для углепластика. Фактически, углепластик и другие композиты часто эффективно обрабатываются на более легких фрезерных станках с ЧПУ, которые, как правило, никогда не увидят металлическую деталь.
