Jaké jsou nejlepší kompozitní řezné nástroje pro moderní kompozitní materiály?

Irvine, Kalifornie, USA - Mannheim, Německo

Sdílet na LinkedIn

ChatGPT

Jaké jsou nejlepší kompozitní řezné nástroje pro moderní kompozitní materiály?

V různých moderních průmyslových odvětvích, jako je letecký a kosmický průmysl, automobilový průmysl, výroba energie z obnovitelných zdrojů a výroba sportovních potřeb, existuje velká závislost na používání moderních kompozitních materiálů, jako jsou polymery vyztužené uhlíkovými vlákny (CFRP), skleněná vlákna, kevlar a hybridní lamináty. Tyto materiály mají velmi vysoký poměr pevnosti a hmotnosti, dobře odolávají korozi a umožňují dobrou flexibilitu konstrukce, ale jejich obrábění představuje velkou výzvu. Jejich vlákna, která jsou velmi tvrdá a abrazivní, vrstvená konstrukce a tendence k delaminaci vyžadujíkompozitní řezné nástroje, které jsou speciálně navrženy tak, aby poskytovaly požadovanou přesnost a odolnost.

Výběr správných řezných nástrojů je rozhodující nejen pro pěkné a přesné řezy, ale také pro získání nástrojů s delší životností, menší zmetkovitostí a lepší efektivitou výroby. Níže jsou uvedeny nejlepší typy nástrojů a technologie, které jsou nyní k dispozici pro obrábění dnešních kompozitních materiálů.

1. Řezné nástroje s diamantovým povlakem:
: Průmyslový standard pro abrazivní kompozity.

Diamantové povlaky, zejména polykrystalický diamant (PCD) a diamantové povlaky nanášené chemickou depozicí z par (CVD), jsou standardem pro přesné obrábění moderních kompozitů.

Nástroje s diamantovým povlakem jsou nejlepší z následujících důvodů.

• Extrémní tvrdost odolává opotřebení způsobenému uhlíkovými a skleněnými vlákny.

• Vynikající tepelná odolnost umožňuje nástrojům pracovat trvale i při velmi vysokých otáčkách vřetena.

• Mimořádně ostré řezné hrany, které zabraňují delaminaci a roztřepení v důsledku řezání podobného laserovému.

• Životnost nástroje je dlouhá, což je velký rozdíl oproti karbidu při vysoce náročných aplikacích.
  

Nejlepší použití

• Ořezávání dílů z CFRP

• Frézování laminátů pro letecký průmysl

• Velkoobjemové automatizované obrábění
  

Pro výrobce používající CNC řezné nástroje, frézy, vrtáky a čelní frézy s diamantovým povlakem jsou nepostradatelné, pokud záleží na přesnosti a životnosti.

2. Nástroje s polykrystalickým diamantem (PCD): Vysoce výkonné řezné nástroje pro velkosériovou výrobu

Nástroje PCD jsou konstruovány spékáním diamantových částic do pevné hmoty, čímž vznikají neuvěřitelně odolné řezné hrany. Patří do kategorie vysoce výkonných řezných nástrojů, zejména v aplikacích, kde materiál obrobku rychle opotřebovává tradiční frézy.

Výhody

• Vynikající odolnost proti opotřebení v abrazivním prostředí
  

• Konzistentní kvalita povrchu v průběhu dlouhých výrobních cyklů
  

• Přizpůsobená geometrie nástroje pro řezání bez delaminace
  

Aplikace

Řezné nástroje PCD vynikají v:

• Letecké a kosmické konstrukční součásti

• Obrábění lopatek větrných turbín

• Panely karoserie z uhlíkových vláken v automobilovém průmyslu
  

Díky své tuhosti a dlouhé životnosti jsou ideální pro robotické obráběcí buňky a automatizované CNC linky, kde je třeba minimalizovat výměnu nástrojů.

3. Karbidové nástroje s pokročilými povlaky: Nákladově efektivní varianta

Zatímco diamantové nástroje jsou prémiovým řešením, karbidové nástroje s povlakem jsou i nadále široce používány pro obrábění menších objemů nebo smíšených materiálů. Moderní povlaky, jako jsou TiAlN, TiCN a DLC (diamantu podobný uhlík), poskytují vyšší odolnost proti opotřebení a stabilitu řezu.

Výhody

• Cenově výhodnější než PCD nebo CVD diamant
  

• Dobrý výkon na měkčích kompozitech
  

• Odolnost vůči hromadění a tvorbě tepla
  

Tyto diamanty jsou užitečné zejména v dílnách, které obrábějí kompozitní materiály s přestávkami a chtějí dosáhnout rovnováhy mezi výkonem a náklady.

4. Frézy s drážkováním pro sklolaminát a měkké kompozity

Frézy pro kompozitní materiály typu Burr se skládají z více drážkovaných břitů, které jsou určeny spíše k broušení než k řezání vláken. Toto broušení udržuje vlákna přichycená k materiálu a vede tak k velmi dobré kvalitě povrchu u specifických materiálů.

Vynikající použití

• Sklolaminátové desky

• Voštinové typy

• Plasty vyztužené krátkými vlákny

Frézy s drážkami mají výše uvedené výhody, ale nejsou tak odolné jako diamanty. Stále však poskytují čistý řez a jsou kompatibilní se sestavami pro CNC obrábění.

5. Přítlačné frézy pro čisté hrany bez delaminace

Kompresní frézy mají odlišnou geometrii drážek (spodní mají řezání směrem nahoru, zatímco horní směrem dolů) a při řezání stlačují kompozitní vrstvy dovnitř.

Výhody

• Delaminace a třepení se výrazně snižují.

• Laminované materiály mají lepší kvalitu hran

• Hotové kompozitní díly lze dokonale oříznout

To je zvláště užitečné v případě laminovaných CFRP panelů, které se mají používat v letectví a motoristickém sportu.

6. Vrtáky z tvrdokovu s optimalizací geometrie hrotu

Vrtání kompozitních materiálů může při použití nesprávných nástrojů vést k delaminaci, třískám a vylamování vláken. V současné době mají vrtáky z plného karbidu určené pro kompozity několik výhod, které v současné době mají vrtáky z plného karbidu určené pro kompozity:

špičkovou geometrii hrotu

hroty s dvojitým úhlem

Hrany pro odlamování třísek

Výhody

• Méně otřepů na výstupní straně

• Přesnější průměry otvorů

• Kvalita otvoru je lepší

Při použití s automatizovanými řeznými nástroji CNC mohou tyto vrtáky vytvářet otvory letecké kvality, které splňují nejpřísnější požadavky na tolerance.

7. Třískové a vroubkované řezné nástroje pro snížení zahřívání

Obrábění kompozitů se nepodobá tradičnímu procesu řezání kovů, protože při něm nevznikají kovové třísky; hlavními vedlejšími produkty jsou vlákna a prach. Použití vroubkovaných nebo třískových hran na nástrojích pomáhá štěpit vlákna na drobné částečky, což následně vede k menšímu hromadění tepla a zabraňuje zablokování nástroje.

Proč na nich záleží

• Snížení tepelného dopadu na řeznou hranu

• Nižší náklady na výměnu nástroje

• Vyšší celková řezná účinnost

Tyto konkrétní nástroje nacházejí maximální uplatnění při obrábění silných kompozitních stohů nebo materiálů bohatých na pryskyřici, které se pravděpodobně lepí na standardní frézy.

8. Ultrazvukové řezné nástroje: Pokročilá alternativa

Ultrazvukové obrábění je stále více preferováno pro svou schopnost řezat houževnaté materiály s použitím velmi malé síly. Nástroj vykonává vibrační pohyby na ultrazvukových frekvencích, což do značné míry snižuje tření.

Výhody

• Čistší hrany téměř bez delaminace a dokonalá přilnavost

• Menší opotřebení nástroje

• Přesné ořezávání křehkých kompozitů

Ultrazvukové systémy jsou nicméně drahé, ale jsou budoucností obrábění kompozitů v aplikacích, které vyžadují maximální přesnost.

Výběr nejlepšího nástroje pro váš kompozitní materiál

Výběr správných kompozitních řezných nástrojů závisí do značné míry na konkrétním obráběném kompozitu:

Současné kompozitní materiály vyžadují špičková obráběcí řešení, která jim odpovídají. Bez ohledu na to, zda se používajívysoce výkonné řezné nástroje v podobě nástrojů s diamantovým povlakem, PCD nebo CVD prostřednictvím automatizovaného vysokorychlostního CNC, nebo ručního ořezávání, výběr takových vysoce výkonných řezných nástrojů - od nástrojů s diamantovým povlakem, PCD až po kompresní frézy a ultrazvukové frézy - zaručí nejlepší výsledky. Nejvhodnější nástroje mají nejdelší životnost, nejlépe odolávají teplu a jsou tvarovány podle zvláštních fyzikálních vlastností kompozitů. Při používáníkompozitních řezných nástrojů výrobci nejen zdvojnásobují svou produktivitu a přesnost, ale těší se také z výhody lepší kvality dílů a snížení dlouhodobých nákladů na nástroje.