PKD-Werkzeuge für die Bearbeitung von Kohlefaserverbundwerkstoffen (CFRP) in der Luft- und Raumfahrt
2023-04-26Die rasante Entwicklung der Luft- und Raumfahrt in den letzten Jahren hat sie allmählich zu einer der tragenden Säulen der chinesischen Industrie gemacht. Das Aufkommen von kohlenstoffgelöteten Verbundwerkstoffen (CFK) hat den Flugzeugbau sowohl im zivilen als auch im militärischen Bereich revolutioniert. Neue Flugzeuge aus Kohlefaserverbundwerkstoffen haben eine glattere, gleichmäßigere Oberfläche als herkömmliche Flugzeuge und stoßen bei hohen Geschwindigkeiten auf einen viel geringeren Luftwiderstand, was zu höheren Geschwindigkeiten führt. Am wichtigsten ist, dass kohlenstoffgelötete Dimensionsverbundwerkstoffe (CFK) eine hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit aufweisen und der Effekt des geringen Gewichts sehr offensichtlich ist. Dieses Material ist 50 % leichter als Stahlwerkstoffe und 30 % leichter als Aluminium und hat bei Flugzeugbauunternehmen im In- und Ausland große Beachtung gefunden.
Das Hartlötmaterial besteht aus chemischen Chemiefasern mit hohem Kohlenstoffgehalt, die bei der Wärmebehandlung nicht schmelzen, und wird durch hitzestabilisierte Oxidation, Karbonisierung und Graphitierung hergestellt. Anschließend werden Kohlenstofffasern oder Kohlenstofffasergewebe als Verstärkung und Kohlenstoff- oder graphitierte Harze als Matrix für den Verbundwerkstoff verwendet. Der Verbundwerkstoff wird als Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoff (CFK) bezeichnet und weist folgende Eigenschaften auf:
1
Hohe Festigkeit (5 Mal stärker als Stahl)
2
Hervorragende Hitzebeständigkeit (hält Temperaturen von über 2000 °C stand)
3
Ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit
4
Niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient (geringe Verformung)
5
Geringe Wärmekapazität (Energieeinsparung)
6
Geringes spezifisches Gewicht (1/5 von Stahl)
7
Ausgezeichnete Korrosions- und Strahlungsbeständigkeit
Kohlenstofffasern gelten heute als ideales Material, um Aluminiumlegierungen bei der Herstellung von Flugzeugen zu ersetzen. Kohlefaserverbundwerkstoffe (CFK) sind jedoch schwer zu bearbeiten, vor allem wegen ihrer hohen Härte, ihrer geringen interlaminaren Scherfestigkeit und ihrer niedrigen Wärmeleitfähigkeit. Die Schwierigkeit bei der Bearbeitung besteht darin, dass Delaminationen und Beschädigungen während des Schneidens erhebliche Auswirkungen auf die Werkzeugstandzeit haben können, so dass die Lösung für das Schneidproblem von CFK in erster Linie bei der Werkzeugstandzeit ansetzen muss.
Nach einer Reihe von experimentellen Überprüfungen der Zerspanung wurde festgestellt, dass das Schneiden mit polykristallinen Diamantwerkzeugen (PKD) die Oberflächenqualität von Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen (CFK) erheblich verbessern und die Verwendung des Drehens anstelle des Schleifens fördern kann, um die Produktionseffizienz zu verbessern, was ein idealeres Werkzeug ist.
Bearbeitung von Flügelteilen aus kohlenstoffgelöteten Verbundwerkstoffen (CFK). Luft- und Raumfahrtunternehmen behandeln die Teile, die sie bearbeiten, normalerweise vertraulich. Die ursprüngliche Lösung war ein spezieller Hartmetall-Schaftfräser für die Bearbeitung von Verbundwerkstoffen im Trockenschnittverfahren, wobei eine Teileoberflächenrauheit von Ra1,2μm erforderlich war.
WSS verwendet für die Bearbeitung einen Fräser mit PKD-Schweißnähten. Im Vergleich zur ursprünglichen Lösung wird die lineare Geschwindigkeit um 81 % und der Vorschub pro Umdrehung um 42 % erhöht, wobei der Bearbeitungsprozess und das Schnittaufmaß gleich bleiben. Infolgedessen konnte die Standzeit unseres Werkzeugs das Fünffache der Standzeit des Hartmetallwerkzeugs erreichen, und die Bearbeitungseffizienz wurde bei besserer Oberflächenqualität erheblich verbessert.
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Werkzeugmarken |
WSS |
Hartmetallfräser |
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Spezifikation |
φ10 |
φ10 |
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VC(m/min) |
471m/min |
260m/min |
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f(mm/rev) |
0.1 mm/rev |
0.07 mm/rev |
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Ap(mm) |
2~5mm |
2~5mm |
Beispiel für ein Werkzeug
Hinweis: WSS-Werkzeuge halten 5 Mal länger als bestehende Werkzeuge