Cum proiectarea avansată a sculelor şi ingineria materialelor depăşesc limitele prelucrării materialelor abrazive.
Materialele compozite transformă industria, însă prelucrarea lor rămâne o provocare constantă. Chiar și cu utilaje avansate și procese atent controlate, tăierea fibrelor și a rășinii continuă să pună la încercare atât soluțiile inginerești, cât și competențele operaționale. În acest articol, Liam Haglington, Product Manager pentru freze cilindro-frontale din carbură solidă la Sandvik Coromant, lider global în scule așchietoare și soluții de prelucrare, explică modul în care proiectarea avansată a sculelor și ingineria materialelor ajută producătorii să depășească limitele frezării compozitelor abrazive.
Compozitele ușoare și rezistente, precum polimerii armați cu fibre de carbon (CFRP), oferă performanțe greu de egalat. Acestea combină un raport ridicat între rigiditate și greutate, rezistență la coroziune și flexibilitate în proiectare, susținând strategiile de reducere a masei componentelor.
Industria aerospațială rămâne cea mai solicitantă zonă de aplicare pentru compozite. Componente precum cadrele fuselajului, aripile, stabilizatoarele, lonjeroanele, nervurile și grinzile de planșeu sunt esențiale pentru integritatea structurală și sunt adesea prelucrate în medii de producție de precizie, în regim de serie mare. Compozitele sunt deosebit de potrivite pentru aceste structuri aerospațiale deoarece oferă un raport ridicat între rigiditate și greutate, rezistență excelentă la oboseală și pot fi adaptate prin orientarea fibrelor pentru a oferi rezistență exact acolo unde este necesară. Aceste proprietăți sunt esențiale pentru componentele structurale ușoare și de înaltă performanță ale aeronavelor.
Dar și alte industrii beneficiază de aceste materiale. Producătorii auto folosesc CFRP pentru a reduce masa vehiculelor și a îmbunătăți eficiența. Potrivit JEC, compozitele sunt „esențiale pentru aplicațiile în care reducerea greutății rămâne o prioritate-cheie, pentru îmbunătățirea eficienței consumului de combustibil și limitarea emisiilor de gaze cu efect de seră”. În prezent, acestea reprezintă aproximativ 17% din materialele utilizate în industria aerospațială și 8% din cele folosite în sectorul transporturilor. În toate aceste industrii, controlul stabil al procesului și sculele fiabile se traduc direct prin economii de costuri și un nivel mai ridicat de încredere în producție.
De ce este atât de dificilă prelucrarea compozitelor
Prelucrarea compozitelor este foarte diferită de prelucrarea metalelor. Compozitele combină fibre rigide și abrazive cu o matrice de rășină mai moale, iar fiecare schimbare a orientării fibrelor modifică modul în care materialul se comportă în timpul așchierii. Ceea ce pare uniform la suprafață devine, pentru sculă, un mediu în permanentă schimbare.
Acest comportament variabil generează defecte bine cunoscute producătorilor de componente compozite. Delaminarea poate apărea atunci când straturile se separă sub efectul unor forțe excesive. Fibrele netăiate sau smulse apar atunci când scula nu poate secționa curat armătura. Calitatea suprafeței poate deveni neuniformă atunci când fibrele și rășina reacționează diferit la căldură și presiune. Toate aceste probleme au aceeași cauză de bază: materialul nu se comportă constant, iar mecanismele sale de deteriorare sunt dificil de prevăzut.
Impactul asupra producției poate fi semnificativ. Defectele conduc la rebuturi, inspecții suplimentare, reprelucrări și, uneori, la oprirea liniilor de producție, în special în mediile aerospațiale de înaltă precizie, unde neconformitățile nu pot fi acceptate.
Sensibilitatea la temperatură adaugă un alt nivel de dificultate. Dacă temperaturile cresc, rășina se înmoaie, în timp ce fibrele rămân rigide, ceea ce mărește riscul de delaminare sau destrămare a fibrelor. Dacă procesul se desfășoară la o temperatură prea scăzută, rășina rămâne fragilă, iar uzura sculei se accelerează. Parametrii de așchiere trebuie controlați cu precizie, însă sculele convenționale întâmpină adesea dificultăți în atingerea echilibrului potrivit. Rezultatul este o uzură rapidă, o durată de viață incertă a sculei și o calitate mai redusă a componentelor. Prelucrarea fiabilă depinde de scule proiectate pentru a stabiliza procesul, a controla vibrațiile și a gestiona căldura. Fără acest nivel de control, prelucrarea compozitelor rămâne o operațiune dificilă și imprevizibilă.
Soluția inginerească: CoroMill® Plura composite 2P350
Pentru a răspunde acestor cerințe, este nevoie de o sculă proiectată nu doar pentru a tăia materialul, ci și pentru a controla modul în care fibrele se separă și felul în care uzura evoluează în timp. CoroMill® Plura composite 2P350 a fost dezvoltată având exact aceste obiective în vedere.
Elementul central al modelului 2P350 este un mecanism original de tăiere dublă. Spre deosebire de frezele convenționale, aceasta secționează curat fibrele, în loc să le smulgă. Mecanismul funcționează similar unei foarfece, aducând două muchii așchietoare împreună pentru a ridica și forfeca fibrele într-un mod controlat. O muchie ghidează fibrele, iar cealaltă le taie, menținând stabilitatea laminatului și contribuind la prevenirea delaminării. Această acțiune coordonată distribuie mai uniform sarcina de așchiere, reducând vibrațiile și creând un proces de prelucrare mai constant și mai predictibil.
Geometria sculei este optimizată pentru productivitate ridicată. Volumele mari ale canalelor de evacuare permit îndepărtarea eficientă a prafului și a fibrelor desprinse în timpul prelucrării. Evacuarea rapidă a acestora reduce riscul de reașchiere și ajută la menținerea unei tăieri stabile și curate. Fie că este vorba despre frezare de canale, prelucrare în rampă sau frezarea muchiilor, 2P350 acoperă operațiuni de la degroșare până la finisare într-o singură prindere. Vibrațiile reduse și acțiunea constantă de așchiere contribuie, de asemenea, la un mediu de lucru mai silențios și mai confortabil.
CoroMill® Plura composite 2P350 menține un comportament de așchiere constant într-o gamă largă de condiții, permițând producătorilor să obțină o calitate repetabilă indiferent de variațiile pieselor sau ale sistemelor de prindere a sculei. Mecanismul controlat de tăiere îmbunătățește performanța în operațiuni complexe, ceea ce este deosebit de valoros în producția fără supraveghere, în regim lights-out, unde operatorii nu pot interveni. Comportamentul previzibil al sculei și vibrațiile reduse diminuează riscul de uzură bruscă, susținând producția continuă și reducând dependența de experiența operatorilor.
Puterea sortului O2AD
Totuși, geometria nu este suficientă în aplicațiile cu compozite abrazive. Fiabilitatea muchiei așchietoare trebuie să reziste și expunerii continue la fibrele de armare, iar aici devine important sortul O2AD.
Sortul O2AD combină ingineria avansată a ma- terialelor cu un strat gros de diamant depus chimic din vapori, cu aderență ridicată. Substratul optimizat asigură o legătură eficientă între stratul de diamant și corpul sculei, prevenind exfolierea prematură a acoperirii și prelungind durata de viață a sculei.
Testele interne și din aplicații arată că durata de viață a sculei s-a dublat aproximativ comparativ cu sortul anterior O12M. Într-un caz din industria aerospațială, care a implicat prelucrarea uscată a unei componente de aripă de avion, cu sistemul de aspirare activ, pe o mașină portal cu cinci axe, sortul O2AD a oferit o îmbunătățire de 100% a duratei de viață față de O12M, în aceleași condiții de așchiere. Modelul de uzură este predictibil și progresiv, oferind producătorilor încrederea de a utiliza parametri de așchiere mai ambițioși, reducând în același timp rebuturile și numărul schimbărilor de scule. Acest lucru generează economii concrete prin intervale mai lungi de prelucrare, un necesar redus de scule și timpi de nefuncționare mai mici.
Prin combinarea rezistenței stratului de diamant cu un substrat stabil, sortul O2AD răspunde direct principalelor provocări ale frezării compozitelor. Calitatea constantă a muchiei așchietoare menține forțele de așchiere stabile, susține vibrațiile reduse și creează un proces mai predictibil. Producătorii pot obține tăieturi mai curate, o durată de viață mai constantă a sculei și rezultate mai fiabile în prelucrarea materialelor compozite abrazive.
CoroMill® Plura composite 2P350 cu sort O2AD este mai mult decât o simplă freză. Aceasta abordează uzura abrazivă, riscul de delaminare, sensibilitatea termică și vibrațiile, permițând realizarea unor piese de calitate ridicată, cu performanțe constante, indiferent de complexitate sau variații. De la aplicații aerospațiale și auto până la apărare, spațiu și industrie navală, 2P350 ajută producătorii să crească productivitatea, să protejeze integritatea pieselor și să țină costurile sub control.
Pentru producătorii care se confruntă cu provocarea materialelor considerate dificil de prelucrat, CoroMill® Plura composite 2P350 stabilește un nou reper pentru frezarea fiabilă și de înaltă performanță a compozitelor.
Privind provocarea în ansamblu, aceste progrese arată cum evoluțiile în geometria sculelor și ingineria materialelor schimbă limitele a ceea ce este posibil în prelucrarea compozitelor. Delaminarea, variațiile fibrelor și sensibilitatea la temperatură vor face mereu parte din lucrul cu aceste materiale. Cu toate acestea, tehnologia potrivită poate depăși aceste bariere și poate asigura operațiuni stabile și predictibile.
Pentru a afla mai multe despre CoroMill® Plura composite 2P350, vizitați pagina produsului de pe site-ul Sandvik Coromant.
