Migliori pratiche di perforazione della fibra del carbonio

Come perforare la fibra di carbonio senza delaminazione: una guida sul campo di un macchinista

La fibra di carbonio è il più abrasivo trapano su 1 materiale rovinando e anche uno dei più facili da rovinare con una cattiva configurazione del trapano A differenza dei metalli, la fibra di carbonio (CF) non tiene conto della tecnica sciatta Premere troppo forte, utilizzare la punta errata del trapano, o non utilizzare un pannello di supporto, gli strati si scheggeranno in un secondo Questa guida discute tutto, dalla selezione di uno strumento di lavorazione per la fibra di carbonio ai metodi specifici di alimentazione e RPM che creeranno fogli di fori perforati senza delam sulla base dell'esperienza del nostro team di perforazione attraverso oltre 500 pannelli dedicati Produzione CF.

Perché la fibra di carbonio richiede diverse tecniche di perforazione

il polimero rinforzato con fibra di carbonio (CFRP) non è un metallo. È un composito stampato, una serie di strati inter seguenti di tessuto interdrop in fibra di carbonio (il più delle volte epossidico). Ciascuno strato ha fibre posate in una direzione particolare, che formano un laminato, la cui resistenza dipende interamente dagli strati rimasti legati.

Quel legame è ciò che la perforazione potrebbe mettere in pericolo Come una punta di perforazione si muove attraverso un pannello CF, genera una forza di spinta assiale sulle linee sotto Se quella forza supera il legame interlaminare, gli strati separeranno forza una modalità di rottura chiamata delaminazione Come dimostrato da un Iterazione del 2023 nel Journal of Composites Science, un indice di delaminazione vicino a 3.0 può ridurre la tensione composita di qualcosa che si avvicina a 15%.

Il modello di trama rende la situazione più complessa Le fibre orientate a 0 rispondono in modo diverso a quelle a 45 o 90 quando una punta da trapano si muove attraverso Il risultato: ogni ply reagisce con forze di taglio variabili e l'interfaccia fibra-resina fragile può scheggiarsi o scheggiarsi a meno che non venga gestita la lama o la pressione di alimentazione A differenza dell'alluminio o dell'acciaio, CF non produce trucioli arricciati (curled chips) produce polvere che frustra rapidamente l'attrezzatura Basato su oltre 500 lavori CFRP, la nostra pratica nel nostro negozio, il modello è sempre attraverso la fibra di carbonio richiede abilità dedicate, o si ritorcerà contro dove il metallo non si ritorcerà mai.

Scegliere la punta di perforazione giusta per la fibra di carbonio

La tua punta da trapano determina la qualità di 80% dei tuoi fori La fibra di carbonio è estremamente abrasiva ("abrasive") ("abrasive") ("abrasive") ("abrasive") ("wool"), usura all'attrezzaggio molto più velocemente di quanto la maggior parte degli operatori si aspetti I risultati si scompongono come segue

Le punte da trapano HSS sono lo standard dell'industria automobilistica, ma sono una scelta sbagliata per perforazione composita CFRP. La fibra di carbonio abrasiva opacizza i bordi dell'interruttore HSS all'interno di una manciata di fori e una punta da trapano opaca crea calore e forza radiale simili a quelle che producono la delaminazione Le punte di cobalto (M35/M2) forniscono un beneficio limitato più difficile rispetto all'HSS, ma una soluzione temporanea.

Il carburo di tungsteno cementato è la soluzione ideale Le punte da trapano in carburo sostengono bordi più affilati molto più a lungo in CF, creando fori più puliti con meno estrazione delle fibre. Gli utensili rivestiti in diamante prolungano ulteriormente questo vantaggio se utilizzati in un ambiente di produzione Studio presentato in Polimeri MDPI ha portato a risultati che mostrano che gli strumenti rivestiti con diamante hanno prodotto una rugosità superficiale inferiore rispetto alle scelte non rivestite nei test di perforazione CFRP.

“Il nostro reparto ha selezionato PCD dopo aver testato quattro classi di punte da trapano in 200 istanze di fori praticati La spesa per fori praticati ha effettivamente ridotto gli utensili CNC 1 Gli utensili PCD sono durati oltre 5 volte più a lungo del carburo solido in un'operazione di produzione.”

1 Lecreatore Team di ingegneria

Anche l'angolo del punto è variabile Un angolo generico di 118 punti va bene per i metalli, ma provoca una forza eccessiva contro gli strati di fibra di uscita CF. Nel caso dei pannelli in carbonio, un angolo di 90 punti o una geometria del punto di brad minimizza la forza di spinta e ti dà l'ingresso. Punte in fibra piatta con trapano a pugnale e denti fini lungo il tagliente sono un'altra potenziale opzione per fogli sottili CF.

Impostazioni di velocità, alimentazione e pressione che prevengono i danni

Quando si perfora la fibra di carbonio, c'è una linea guida da cui pochissimi produttori si allontanano: applicare un'elevata velocità di perforazione con una velocità di avanzamento bassa con la minor forza assiale possibile. Ciò non spingerà mai le forze di taglio oltre la soglia della forza di taglio del legame interlaminare e taglierà le fibre in modo pulito anziché strapparle.

Un articolo di revisione del Giornale di scienza dei compositi verificato che il delam dipende principalmente dalla velocità di rotazione dell'utensile seguita dalla velocità di alimentazione. Una rotazione lenta combinata con un numero di giri elevato induce il danno minore su più spessori CFRP.

Un processo che è diventato popolare all'interno degli ambienti di produzione è la strategia di alimentazione a velocità variabile Il trapano entra all'alimentazione nominale; utilizzando il controller CNC, quindi decelera automaticamente quando si avvicina al bordo di uscita del pannello Che l'ultimo 1/10 a 1/15 dello spessore del materiale è quando avviene la delaminazione di uscita, e rallentando l'alimentazione in quel punto si abbassa la forza di spinta al di sotto del livello distruttivo Sui CNC, il controller programma questo nel profilo di alimentazione Su una pressa per trapano, si approssima diminuendo l'alimentazione manualmente mentre si sente la punta che cerca di uscire.

Processo di perforazione passo passo per fori puliti

Che si tratti di praticare fori in una copertura in fibra di carbonio o di centinaia di punti di montaggio in un pannello aerospaziale, il processo è lo stesso a prescindere Ecco il passo dopo passo che utilizziamo componenti in fibra di carbonio drill all'interno della fabbrica:

1. Contrassegnare le posizioni dei fori con precisione Un modello, un disegno o un programma per computer Non pennare a mano libera fibra di carbonio (Freehand-pen) C.F. Usare troppo per“id si ottiene abbastanza vicino” Per la perforazione a mano, un punzone centrale su nastro di mascheratura funziona bene, ma non punzona direttamente sul nudo CF.
2. nastro di mascheratura entrambi Due strati di nastro verniciatori sopra le superfici di ingresso e di uscita è il modo migliore per ridurre al minimo la scheggiatura della superficie di ingresso e fornire un punto di ingresso più pulito per la punta del trapano, inoltre riduce al minimo il tiro delle fibre sul retro.
3. Inserire pannello posteriore sacrificale non coinvolto Inserire un pezzo di legno (plywood di legno) o MDF (spessore 6-12mm/1⁄4-½”) serrato contro il piano di taglio di uscita è un requisito per fare un foro pulito In realtà supporta lo strato inferiore ed elimina la forza di spinta di delaminazione di uscita.
4. La parte del morsetto si muove durante il processo, si ottengono bordi scheggiati e bordi dei fori sfilacciati Utilizzare fissamente un dispositivo dedicato o morsetti a C, il pannello CF, il materiale di supporto e il piano di lavoro devono essere un insieme singolo e rigido.
5. Inizia con una piccola punta per fori più grandi Sopra il diametro di 6 mm, centra un foro pilota (2-3 mm), perfora, quindi sali fino alla dimensione finale del foro in uno o due morsi. Ciò riduce al minimo la forza di spinta ad ogni morso mantenendo i fori dritti.
6. Max RPM, mantieni la bassa pressione (vedi la tabella RPM del trapano sopra) Non spingere; lascia che la punta del trapano faccia la sua cosa.
7. Peck-drin evacuare! Ritirare la punta del trapano indietro di qualche mm per ogni profondità di foro. Ciò impedisce l'evacuazione della polvere di carbonio e dei packer di trucioli, nonché il raffreddamento della punta tra i passaggi in modo da non spurgare termicamente la resina.
8. Sbavare, ispezionare e sigillare Rotolare leggermente i bordi dei fori con carta a grana 220 per levigare i bordi, quindi pulire con detergente isopropilico o acetonico; vale la pena ispezionare prima la fibra prima di applicare un sottile rivestimento di resina epossidica per sigillare eventuali regioni più deboli, soprattutto se il foro serve a preservare un bullone sotto carico.

Delaminazione, scheggiatura ed errori di perforazione comuni

La stragrande maggioranza dei guasti ai trapani CF sono causati da tre passi falsi meccanici evitabili, nonostante le loro cause siano state diagnosticate più e più volte come abbiamo appreso in officina.

Errore 1: utilizzo di punte da trapano opache o errate

Un HSS opaco non digerisce il bit della fibra di carbonio (combatte, strofina, strappa e si surriscalda) Alloggiamento nelle fibre, il cedimento per taglio della taglierina è seguito dall'ammorbidimento della resina vicino al bordo tagliato finché le fibre non si allentano e gli strati si delaminano I bit HSS perdono rapidamente il loro profilo a causa della sgorbiatura e ho avuto i bit opachi dopo soli 5-10 fori nella fibra di carbonio. Se il foro inizia a sembrare progressivamente più secco e ruvido, è il tuo bit dull senza alcuna relazione con la tua tecnica di perforazione!

Errore 2: tasso di alimentazione eccessivo

Maggiore è la pressione di alimentazione, più evidente è un semplice effetto polarizzante che fa sì che l'interstrato si allontani ancora di più. Abbiamo dimostrato il Polimeri MDPI carte, che il controllo della velocità di alimentazione controlla l'interstrato non spingere il taglio quasi direttamente proporzionale (il doppio del mangime) e il tuo indice di delination aumenta proporzionalmente La fibra di carbonio ama guardarti prendere tempo.

Errore 3: nessun materiale di supporto

Molti guasti da atterramento CF sono il risultato di una cattiva pratica in quanto la superficie di uscita del pannello non è supportata Senza supporto, i gruppi inferiori di fibre vengono spinti tanto quanto vengono tagliati Questo è terminabile senza alcun costo (supporto gratuito) la superficie di uscita con un blocco di legno, MDF o lamiera di alluminio e bloccare saldamente fino a quando il trapano non si rompe.

Sicurezza e allestimento officina della polvere di fibra di carbonio

la polvere di fibra di carbonio non è la normale polvere di negozio Le fibre microscopiche (5-7 micron di diametro normalmente) sono piccoli aghi appuntiti che possono entrare sotto la pelle, irritare i polmoni o danneggiare gli occhi se si posano su di essi La parte ancora peggiore è che la polvere di carbonio è elettricamente conduttiva.

Filmare i grani CF può atterrare sui circuiti stampati, alimentatori e pannelli di controllo con conseguente un bel cortocircuito fritto che distrugge migliaia di dollari di apparecchiature.

Oggi il Amministrazione per la salute e la sicurezza sul lavoro degli Stati Uniti (OSHA) non dispone di uno standard di esposizione specifico per la sostanza OSHA per i compositi in fibra di carbonio. La polvere di CF sarebbe elencata sotto Tabella Z-1 dell'OSHA nella categoria PNOR (Particolati non altrimenti regolamentati) con un PEL di 15 mg/m per Polvere totale e 5 mg/m

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  Respiratore: Minimo P100 o N95 Respiratore integrale per lavorazioni pesanti o lavori CF prolungati.
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  Protezione degli occhi: Occhiali sigillati di sicurezza (Sealed safety) NOT open-frame glasses) Carbon dust bypassa gli occhiali larghi.
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  Copertura cutanea: Maniche lunghe, guanti in nitrile Pelle esposta + polvere CF = prurito persistente e microabrasioni.
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  Estrazione della polvere: vuoto HEPA al punto di contatto Il nostro setup di produzione utilizza unità filtranti HEPA che catturano 99.66% di particelle aerodisperse durante le operazioni CNC.
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  Ventilazione: Tavolo downdraft dedicato o ventilazione di scarico locale Non utilizzare mai aria compressa per soffiare la polvere CF da un pezzo da lavorare invia particelle conduttive disperse nell'aria attraverso l'intero negozio.
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  Protezione elettronica: Tenere computer, PLC e armadi di controllo sigillati o posizionati lontano dall'area di lavorazione.

Quando si ha a che fare con specialisti in possesso di certificazione di livello aerospaziale, il controllo delle polveri è il progetto della parte dell'edificio dedicata, celle CNC chiuse con aspiratori incorporati e sistemi HEPA, non una disposizione negozio-vac ripensata.

Perforazione CNC vs Perforazione a mano: quando utilizzare ciascun metodo

Non tutti i lavori di perforazione CF richiedono una macchina CNC e non tutti i lavori dovrebbero essere eseguiti a mano.” Sì, e la risposta a questa domanda è determinata dal numero di fori, dalla tolleranza richiesta e dall'importanza dell'applicazione.

i trapani a mano vanno bene per riparazioni occasionali o prototipi; un buon trapano, una punta in metallo duro ben affilata, un pannello di supporto e un nastro adesivo Farò il lavoro Dremel con minuscola bava in metallo duro è bello e facile per il lavoro di dettaglio su CF sottile Per bordi di routing o fessure di taglio, le punte a punta di diamante sono le più pulite.

Una pressa per trapano migliora la ripetibilità Gli apparecchi serrati, la pressione di avanzamento uniforme e l'allineamento perpendicolare del trapano rimuovono l'oscillazione che può indurre fori ovali dalla perforazione manuale La pressa per trapano ideale con utensili in metallo duro per le corse di prototipazione di 5-50 parti bilancia costi e qualità.

perforazione CNC in fibra di carbonio. È qui che la precisione raggiunge nuove vette.

Macchinari CNC multi-Asse, con livelli di tolleranza di 0,01 mm, cicli di becking programmati e utensili PCD che spingono fuori opportunità per innumerevoli fori Per l'impegnativo schema di fori di precisione (cerchi di bulloni, flange di montaggio, ritagli di connettore), semplicemente non c'è nulla da confrontare Dopo il trapano, un passaggio alesatore perfeziona le dimensioni del foro secondo le specifiche aeronautiche.

Per le squadre che non hanno la capacità CNC interna, si impegna un macchinista che ha esperienza di lavoro con la fibra di carbonio a quantità di produzione spesso può essere un percorso più veloce ed economico rispetto all'acquisto di attrezzature dedicate Tipico turnaround di negozio non specializzato per la produzione di prototipi e capacità scalabile per la produzione futura.

Domande Frequenti