При сверлении отверстий в большинстве аэрокосмических компонентов у производителей есть три шанса сделать отверстие правильным, после чего будет невозможно переделать отверстие в соответствии с требуемыми проектными спецификациями. Если хотя бы одно отверстие не соответствует этим трём параметрам по диаметру, шероховатости поверхности или расслаиванию, весь компонент придется утилизировать. Учитывая огромную стоимость деталей самолетов, делать отверстия — дело рискованное. Это особенно актуально при сверлении композитных материалов, которые предъявляют новые требования к обработке.
Изготовление отверстий стало одним из наиболее распространенных процессов механической обработки при работе с композитами. Обработка композитных материалов, в которых сочетаются два или более материала с разными физическими и химическими свойствами, включает резку или разрушение волокнистой части материала. Если это сделать неправильно, то слои композитного материала отслоятся от своих мест.
Отслоение влияет на качество и повторяемость отверстий, качество и целостность конечного продукта и прибыль производителей. Я говорю «целостность», потому что более высокое качество отверстий жизненно важно для предотвращения выхода компонентов из строя и во многом определяется производственными процессами, которые используются для механической обработки или чистовой обработки отверстий.
Количество тепла, выделяемого при обработке композитов, также становится значительным. Плохая теплопроводность материала и отсутствие стружки представляют опасность для смолы, скрепляющей волокна материала. Другими словами, обработка композитов выявляет недостатки в процессе обработки, которые в противном случае могли бы остаться незамеченными.
Эти недостатки подчеркиваются растущим ассортиментом и непредсказуемостью композиционных материалов, доступных на рынке. Это делает конкурентоспособную обработку сложной задачей.
Предсказуемый износ
Мы установили, что целостность поверхности отверстий является серьезной проблемой для производителей аэрокосмической техники. Но какую роль могут сыграть инструменты в решении этих проблем — и как более совершенная тренировка может принести пользу стратегии автоматизации?
Для начала рассмотрим идеал, к которому стремятся производители. Им нужны отверстия хорошего качества, однородные и воспроизводимые. Конечно, любой инструмент со временем изнашивается, но этот износ должен быть постоянным и предсказуемым от инструмента к инструменту.
Я не могу не подчеркнуть важность предсказуемого износа. Обычно ЧПУ запрограммировано на извлечение инструмента в момент отказа. Таким образом, если жизненный цикл сверла непостоянен, то в ужасном, но реалистичном сценарии вы можете сократить срок службы большинства продуктов, которые вы покупаете, на 50%.
Лучше по дизайну
Высокопроизводительное сверло для обработки композитов, включая материалы, армированные углеродным волокном (CFRP) и стекловолокном (GFRP). Сверло было разработано с упором на отрасли, которые широко используют композитные материалы и требуют большего количества просверливаемого материала на один инструмент, например, аэрокосмическая промышленность, которая использует композитные материалы для изготовления корпусов самолетов и других деталей.
Компьютерная система была настроена с очень жесткими допусками, что означает степень расслаивания, которую мы допускаем в любом заданном отверстии. На основе полученных данных мы смогли оптимизировать основные аспекты конструкции сверла, такие как угол наклона спирали или спиральная канавка вокруг сверла. Более высокая спираль способствует эвакуации стружки, поэтому может помочь уменьшить расслоение на стороне выхода. Напротив, слишком высокая спираль может привести к разделению слоев композитного материала на входной стороне. В любом случае это может привести к тому, что слои или волокна будут нависать над отверстием.
Другими ключевыми характеристиками сверла являются его профиль и качество. Композитные материалы неоднородны, и появление любого нового материала в производственном цикле создает уникальные проблемы; собственной толщины, типа состава и так далее.
Твердосплавные сверла хорошо подходят для обработки компонентов аэрокосмической отрасли, поскольку твердый сплав укрепляет инструмент за счет режущей геометрии и хвостовика. Это оптимизирует режущее действие и увеличивает зазор и эвакуацию материала. Однако из-за абразивной природы композитов карбид также быстро изнашивается. Это проблематично, особенно в автоматизированных производственных установках.
Чтобы преодолеть это, используют технологию химического осаждения из паровой фазы (CVD). CVD — это очень твердый инструментальный материал, который идеально подходит для обработки композитов и многослойных материалов. Нанесение слоев CVD по всей режущей кромке может значительно увеличить срок службы инструмента, а благодаря низкому коэффициенту трения CVD и высокой теплопроводности режущие кромки инструмента менее подвержены наростообразованию (BUE). Поскольку CVD остается острым, это отводит тепло, имеет низкое трение и сводит к минимуму тенденцию к проблемам в отверстиях.
Таким образом, сплав CVD предпочтительнее там, где имеется большое количество отверстий и требуется более высокая производительность.
Хорошо оснащенные роботы и испытания
Сверла уже используются производителями в автоматизированных производственных установках — как в ЧПУ. Поскольку сверло доступно в вариантах с покрытием из карбида, поликристаллического алмаза (PCD) и CVD, его можно оставить для обработки всех типов сложных материалов — композитов, алюминия, титана, жаропрочных суперсплавов и нержавеющих сталей — в автоматическом режиме или без подсветки. процессы.
После выхода из лаборатории производительность сверла была проверена путем сверления отверстий в заготовке из углеродного волокна. Углеродное волокно является популярным материалом в аэрокосмической промышленности, поскольку инженеры стремятся сделать конструкции самолетов легче благодаря превосходному соотношению прочности и веса материала.
Деталь со средней толщиной 0,25 дюйма была подвергнута двум наборам сверлений, в которой используется вариант CVD под названием O1AD для повышения износостойкости композитных материалов. Сначала заготовку обрабатывали сверлом 863-О с диаметром резания (DC) 6,37 мм (0,25 дюйма). Во-вторых, с постоянным током 4,85 мм (0,191 дюйма).
В обоих наборах и со всеми инструментами CD863-O показал отличные результаты. В углеродном волокне было просверлено 400 отверстий с DC 6,37 мм (0,25 дюйма) и 560 отверстий с диаметром 4,85 мм (0,191 дюйма), даже на ранней стадии срока службы инструмента результаты удивительно хорошо соответствовали лабораторным испытаниям.
С помощью разработанной системы управления данными о мощности, которая представляет собой систему прогнозирования и прогнозирования срока службы инструмента для наших клиентов, мы точно оценили безопасный срок службы инструмента. В целом, это демонстрирует способность продукта обеспечивать превосходную стойкость инструмента, сокращение количества смен инструмента, а также повторяемость и надежность работы при обработке композитных материалов. Важно отметить, что все отверстия имели низкий уровень расслоения при входе или выходе в ходе обоих тестовых прогонов.
Таким образом, становится очевидным, что специальные режущие инструменты имеют решающее значение для достижения успеха в обработке отверстий, особенно в компонентах, изготовленных из композитных материалов или материалов, сложенных друг в друга. Такие инструменты, как сверло CD863-O, также могут сыграть решающую роль, помогая компаниям полностью автоматизировать свои процессы, даже при обработке жестких композитных материалов.