Углерод-углеродные композиционные материалы (УУКМ, C/C composites) представляют собой класс термоструктурных композитов. Они сохраняют прочность при нагреве свыше двух тысяч градусов Цельсия. Из них делают тормозные диски самолетов, сопла ракет и тепловую защиту шаттлов. Абразивность графитовых волокон, неоднородность пироуглеродной матрицы и электропроводность пыли создают технологические сложности при резании на ЧПУ. Требуется алмазный инструмент и мощная аспирация.
Структура и анизотропия композитов УУКМ
Материал УУКМ состоит из высокомодульных карбоновых волокон, переплетенных в объемные текстильные каркасы. Каркас уплотнен матрицей из пиролитического углерода. Выраженная анизотропия приводит к тому, что прочность вдоль нитей в десятки раз превосходит межслоевую сдвиговую прочность. При фрезеровании поперек укладки слоев возникает опасность межслойной деламинации. Волокна вытягиваются из матрицы. Это требует специальной кинематики резания.
Расчет критической силы резания для предотвращения расслоения слоистого углеродного пакета выполняется по формуле:
Фрезерные станки с ЧПУ
Весь раздел →
Фрезерный станок с ЧПУ MILLMASTER VMM-1050 G3
Фрезерный станок с ЧПУ MILLMASTER VMM-1050 F4
Фрезерный станок с ЧПУ MILLMASTER VMM-845 G3
F_delam = 2 * pi * sqrt(G_1c * E_flex * h_layer^3 / (3 * (1 - nu_xy^2)))где параметр G_1c обозначает критическую скорость высвобождения энергии деформации, E_flex выражает модуль упругости слоя при изгибе, h_layer задает толщину верхнего слоя волокон.
Абразивный износ и предотвращение расслоения волокон
Карбоновые волокна обладают высокой микротвердостью, вызывая быстрый абразивный износ режущих кромок стандартных фрез. Затупившаяся кромка перестает перерезать нити, начиная отгибать и вырывать их из матрицы с образованием сколов. Предотвращение деламинации достигается применением специальной компрессионной геометрии фрез с разнонаправленными спиралями лезвий. Они создают встречные осевые силы сжатия.
Фрезерование композитов C/C категорически запрещено выполнять с применением СОЖ из-за пористости структуры материала, требуя исключительно сухого резания с мощной аспирацией.
Факторы стабильной обработки композиционных графитовых материалов включают следующие положения:
- Использование компрессионных фрез с право- и левосторонней нарезкой зубьев.
- Применение монолитного инструмента с кристаллическим алмазным покрытием CVD толщиной 15-20 мкм.
- Ограничение скорости резания для предотвращения термического окисления графита на воздухе.
- Поддержание высокой скорости подачи на зуб для срезания волокон под чистым углом.
Подобрать оборудование под вашу задачу
Применение монолитных CVD-алмазных фрез
Инструмент с толстым слоем поликристаллического алмаза CVD Diamond обладает непревзойденной твердостью до десяти тысяч единиц по Виккерсу и рекордной абразивной стойкостью. Стойкость CVD-алмазных фрез при обработке материалов УУКМ в двадцать раз превосходит инструмент с покрытиями PVD. Алмазное лезвие сохраняет первоначальную остроту на протяжении сотен метров непрерывного резания, гарантируя идеальный срез волокон без ворсистости.
Фрезерные станки с ЧПУ
Весь раздел →
Фрезерный станок с ЧПУ MILLMASTER VMM-855S
FPV-30G фрезерный станок с ЧПУ
Фрезерный станок с ЧПУ RS 6090TT
- Черновая послойная выборка полостей компрессионными алмазными фрезами диаметром 10-12 мм.
- Получистовая обработка контуров с постоянным радиальным припуском 0.3 мм.
- Финишная зачистка кромок и отверстий многозубыми алмазными развертками на высоких оборотах.
- Вакуумный контроль отсутствия поверхностной деламинации на конфокальном микроскопе.
| Тип инструментального материала | Толщина покрытия, мкм | Стойкость при фрезеровании УУКМ, метров | Качество кромок заготовки |
|---|---|---|---|
| Твердый сплав без покрытия | 0 | 3 - 8 | Грубые сколы, расслоение волокон |
| Твердый сплав с PVD TiAlN | 3 - 5 | 15 - 25 | Периодический ворс на кромках |
| Монолитный алмазный CVD Diamond | 15 - 20 | 180 - 350 | Идеальный чистый срез без дефектов |
Режимы скоростного сухого фрезерования и аспирация
Скорость резания композитов поддерживается в диапазоне от двухсот до четырехсот метров в минуту при умеренной подаче на зуб от 0.04 до 0.08 мм. Непосредственно в зону резания подводится вакуумная насадка мощной вытяжной системы со скоростью воздушного потока свыше тридцати метров в секунду. Мгновенное улавливание графитовой пыли предотвращает ее оседание в воздухе производственного помещения.
Мощная аспирация попутно охлаждает инструмент интенсивным притоком цехового воздуха.
Защита направляющих станка от графитовой пыли
Углеродная пыль является тончайшим абразивом и отличным проводником электрического тока, представляя опасность для электроники станка с ЧПУ. Электрические шкафы оснащаются системами избыточного давления очищенного воздуха, исключающими проникновение пыли к платам приводов. Телескопические кожухи направляющих станины герметизируются двойными скребками из полиуретана с наддувом воздуха для надежной защиты шарико-винтовых передач.
