Ferramentas de corte de fibra de carbono: guia de seleção para cortes limpos e precisos

Como escolher as ferramentas de corte certas para projetos de fibra de carbono

a fibra de carbono é um dos materiais mais satisfatórios para cortar e um dos mais brutais em suas ferramentas Enquanto a resistência à tração deste material é de 3.500 MPa, mesmo uma lâmina opaca vai transformá-lo em uma bagunça difusa e delaminada em segundos Selecionar o cortador errado faz um trabalho preciso em sucata.

Este guia cobre todo e qualquer tipo de ferramentas de corte para usar fibra de carbono, desde ferramentas manuais até brocas de roteador CNC, com critérios de seleção reais para que você compre as ferramentas corretas na primeira compra. Não importa se você está aparando painéis de parede compostos no tamanho certo ou usinando componentes estruturais em um CNC de 5 eixos, as seleções de ferramentas aqui podem ser aplicadas à sua loja hoje.

Por que a fibra de carbono exige ferramentas de corte especializadas

Polímero reforçado com fibra de carbono (CFRP) também escrito como fibra de carbono em usinagem não metálica. Ele não se comporta como um durante a usinagem. Os metais produzem plasticamente (o cortador se fixa no material, um cavaco se afasta da ferramenta. A fibra de carbono evita essa etapa. Cada fibra fragmentada fraturando e pulverizando sob a borda da ferramenta, gerando poeira abrasiva em vez de cavacos. Essa poeira combate as arestas de corte a uma taxa que frustra muitas pessoas acostumadas a trabalhar com alumínio ou aço macio.

Isto é agravado pela estrutura composta da fibra de carbono As fibras de carbono são incorporadas em uma matriz de resina epóxi, e os diferentes materiais reagem de forma diferente às forças de corte As fibras tendem a puxar para fora em vez de cisalhar de forma limpa A resina aquece, derrete e deposita resina entre a aresta de corte e as fibras para sempre Juntos, eles criam um ataque de duas pontas: goma da resina e abrasão das fibras Até mesmo os bits HSS (High Speed Steel) tornam-se rombos em questão de minutos Mesmo as ferramentas padrão de carboneto sólido degradam sua geometria de corte após tiragens bastante curtas.

De acordo com um estudo revisado por pares publicado em Fronteiras em Materiais, esse desgaste abrasivo na forma de arredondamento de arestas de corte (CER) é o principal mecanismo de desgaste ao perfurar CFRP. Quando a aresta se arredonda, a ferramenta começa a agarrar as fibras em vez de fratura-las de forma limpa, isso ocorre quando se desgasta, delamina e as arestas aparecem.

Em nossa loja CNC, registramos o desgaste da ferramenta em todos os trabalhos de fibra de carbono com mais cuidado do que em qualquer projeto de metal Um moinho de extremidade de carboneto que usine alumínio para um turno inteiro pode precisar de substituição após um único painel de ferramentas revestido de diamante mudar essa equação, e discutiremos recomendações de ferramentas específicas nas próximas seções.

Ferramentas manuais para corte de folhas de fibra de carbono

Nem todos os cortes de fibra de carbono poderiam usar uma ferramenta elétrica Com painéis finos (menos de 0,5 mm) uma ferramenta manual sempre dá um corte nítido com uma saída de poeira arrumada O sucesso vem do uso da ferramenta certa para a espessura da folha, e para seguir alguns procedimentos simples que impedem o corte de lascar a linha.

O corte manual ideal do estoque de folha de fibra de carbono começa antes de você sair da ferramenta Coloque seletivamente a fita adesiva em ambas as direções ao longo da linha de corte, o que força as fibras superficiais para dentro da camada de resina e evita que a camada superior delamine da camada de resina. Os veteranos da oficina chamam isso de etapa antidelaminação mais eficaz 95% de integridade de borda em cortes manuais.

Ao cortar painéis com mais de 1 mm de espessura, coloque um pedaço de sucata de MDF ou lona por baixo para apoiá-lo. Isso ajuda a reduzir as vibrações no corte e evita que a folha flexione, o que é a principal causa de danos à borda do corte manual sem suporte. Sem o suporte, as últimas fibras na parte inferior sempre rasgam em vez de cisalhamento.

Sempre corte oversize de sua medida final Areia sobre a linha com lixa de grão 220 para remover quaisquer micro-chips ou lascas ao longo da borda, em seguida, selar fibras expostas com revestimento leve de cola epóxi ou CA para mantê-los na posição.

Ferramentas Elétricas e Lâminas de Serra para Fibra de Carbono

Quando a espessura de carbono acima de 1 mm o que as ferramentas manuais podem cortar de forma limpa 10000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000.

Ferramentas rotativas: o cavalo de batalha da oficina

Um dremor qualquer ferramenta similar semelhante usando uma roda de corte revestida de diamante executa quase toda a fibra de carbono de corte em pequena escala Em 25.000-35.000 RPM (dependendo da qualidade), a ferramenta irá fraturar de forma limpa as fibras com o disco direito As rodas abrasivas tradicionais (azul, grosseiramente graduadas) cortarão no entanto tendem a “queimar através delas a uma taxa alarmante (consume-as mais rápido que o aço).

Mudar para um disco de corte revestido de diamante proporciona cortes extremamente longos sem excesso de calor no corte.

Ao fazer curvas fechadas e entalhes intrincados, a ferramenta rotativa usando brocas revestidas de diamante dará mais controle do que qualquer lâmina de serra Fóruns na aeronave RC e ventiladores de drone regularmente postam que um dremel com ferramentas e brocas de diamante é seu cortador favorito para fuselagens de fibra de carbono e placas de chassi.

Escolhendo a lâmina de serra certa para fibra de carbono

As lâminas de serra de corte precisam ser dentadas finas para serras manuais de carbono mínimo 32 TPI. Para serras manuais, a lâmina de metal duro Bosch T108BH3 a 12 TPI é construída especificamente para materiais compósitos e dura mais de dez vezes mais que uma lâmina de serra de corte de metal padrão na mesma peça de trabalho.

Uma serra de fita para fibra de carbono deve ser, no mínimo, bi-metal Lennox e Starrett lâminas bi-metal em 10/14 TPI variável lidar com fibra de carbono a média velocidade No volume de produção, atualizar para um diamante-grit banda viu lâmina & number o custo inicial é maior, mas as mudanças de lâmina cair para perto de zero.

Bits de roteador CNC e fresas finais para fibra de carbono

O corte CNC de fibra de carbono em escala de produção exige ferramentas projetadas especificamente para materiais compósitos As brocas padrão do roteador de metal duro projetadas para madeira ou alumínio ficarão opacas em poucos minutos no CFRP, deixando bordas desgastadas e arriscando a delaminação que arruína um painel caro.

Carboneto Sólido vs. Moinhos finais revestidos com diamante

As fresas de topo de carboneto sólido não revestidas cortam a fibra de carbono de forma aceitável para tiragens curtas, mas o desgaste das bordas é rápido As ferramentas revestidas com diamante superam o carboneto não revestido em cerca de 401TP3 T na vida útil da ferramenta, ao mesmo tempo em que produzem um melhor acabamento superficial, de acordo com os dados de teste da Harvey Performance Company. Em volumes de produção, as brocas de roteador com ponta PCD (diamante policristalino) oferecem a vida mais longa. custam mais adiantado, mas pagam de volta por meio de mudanças reduzidas de ferramentas e qualidade de corte consistente.

Em nossa oficina mecânica, executamos mais de 80 máquinas CNC e testamos vários moinhos finais para configurações de fibra de carbono em milhares de peças Carboneto sólido com revestimento de diamante a 18.000-20.000 RPM e uma taxa de alimentação de 1.000-1.500 mm/min em estoque de painel de fibra de carbono de 2 mm nos dá bordas limpas com o mínimo de arrancamento de fibra Usamos uma espiral cortada para painéis de lado único e mudamos para geometria de compressão para cortes nas peças estruturais que precisam de saídas limpas em ambas as faces.

Referência rápida de velocidades e feeds CNC

Brocas de fibra de carbono: o que realmente funciona

Perfurar fibra de carbono a maioria dos iniciantes arruína suas peças O lado de entrada geralmente parece aceitável, mas o lado de saída conta a história real onde a delaminação push-out, onde a broca força as últimas camadas separadas em vez de cortá-las, é o modo de falha mais comum na perfuração de CFRP.

As brocas de torção padrão projetadas para corte de metal são a pior escolha Sua geometria do ponto de cinzel gera alta força de empuxo logo antes da saída, que é exatamente o que causa a delaminação Os testes de campo mostram consistentemente que as brocas de fibra de carbono construídas especificamente com geometrias de ponto modificadas reduzem drasticamente a delaminação da saída.

Critérios de seleção de bits de perfuração

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  Brocas de ponto Brad: O esporão central marca a superfície antes que os lábios de corte se encaixem Impulso reduzido na saída Bom para perfuração geral de fibra de carbono em oficinas.
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  Brocas de punhal (ponto de lança): Ponto de ângulo duplo com força de impulso muito baixa na saída Propósito construído para compósitos O padrão ouro para furos sem delaminação em CFRP.
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  Brocas de metal duro revestidas de diamante: O revestimento de diamante prolonga a vida útil da broca de aproximadamente 60 furos (não revestidos) para 380+ furos por ferramenta em empilhamentos de CFRP/alumínio, com base em Maquinista Americano relatórios sobre dados de produção.
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  Brocas com ponta PCD (diamante policristalino): Resistência máxima ao desgaste para produção de alto volume Padrão da indústria aeroespacial para perfuração de componentes de fuselagem CFRP.

É por isso que a velocidade de acionamento também é importante Operar brocas de metal duro a 3000-8000 RPM com uma taxa de alimentação de“ refinada ”: alta força de alimentação push-out; baixas forças de alimentação elevaram as temperaturas, suaviza a resina A peça de trabalho de suporte com uma placa de apoio sacrificial no lado de saída, apenas esta etapa evitará a maior parte da delaminação do lado de saída.

Precauções de segurança ao cortar fibra de carbono

O pó de fibra de carbono produzido por corte e lixamento apresenta alguns riscos reais para a saúde que devem ser adequadamente protegidos contra Partículas de poeira não são definidas como tóxicas; em vez disso, são um irritante mecânico para a pele, olhos e sistema respiratório As diretrizes de segurança da OSHA afirmam que as precauções contra poeira para fibra de carbono devem ser controladas por controles de engenharia e equipamentos de segurança.

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  Proteção respiratória: Use uma máscara de poeira N95 no mínimo Para sessões de corte prolongadas ou espaços fechados, para um respirador P100 Uma máscara de atualização de poeira para evitar a inalação de partículas finas é não-negociável (as partículas de fibra de carbono podem atingir o tecido pulmonar profundo.
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  Proteção ocular: Óculos de segurança com escudos laterais As lascas de fibra de carbono são suficientemente rígidas para penetrar na córnea.
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  Proteção da pele: Mangas compridas e luvas de nitrilo O pó de carbono incorpora nos poros da pele e causa coceira persistente semelhante à exposição à fibra de vidro.
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  Coleção de pó: Use um sistema de vácuo com filtração HEPA no ponto de corte O pó de fibra de carbono é eletricamente condutor e pode causar curto-circuito na eletrônica exposta na oficina.

Corte úmido: o método de supressão de poeira

O corte úmido com uma névoa de água fina ou refrigerante de inundação obtém quase todos os grãos de fibra de carbono transportados pelo ar A água retém as partículas antes que elas entrem no ar, de modo que a exposição é minimizada Em nossa planta, cortamos úmido em todas as corridas de CNC com a fibra de carbono.

Um problema é que a disposição do escoamento de água contém partículas de carbono que não permitem que ele drene drenos convencionais ou que a eletricidade a jusante será interrompida.

Quando o líquido refrigerante de inundação é impraticável para o trabalho manual da ferramenta e da ferramenta rotativa, execute operações ao ar livre ou em uma área bem ventilada com um vácuo de loja posicionado no ponto de corte Esta única etapa captura a maioria da poeira na fonte antes que se disperse.

Como obter bordas limpas: dicas de acabamento pós-corte

Apesar da ferramenta de corte correta, a maioria das bordas de fibra de carbono requer aparar Quaisquer extremidades de fibra nua são ásperas, são propensas a lascar através do manuseio e erosão e, com o tempo, abrigarão umidade se não forem revestidas Um processo de acabamento ideal oferece uma superfície selada e uniforme a partir do corte bruto em quatro passagens.

1. Areia áspera 80 grt bordos ásperos fora de qualquer lascas salientes, quaisquer fibras levantadas ou manchas ásperas Use um bloco de lixamento para manter plano para preservar um perfil quadrado Use o mínimo de lixamento pressão-pesado lixamento cria muita poeira indesejada e pode causar borda para arredondar.
2. Afiado com 20 grit 22ather fora o padrão do risco do 80 grit A borda deve sentir afiada a um dedo enluvado sem nenhuma captura quando você alcança este estágio.
3. Areia fina 400 g it 400 g Ready para selagem Este ab remove as linhas de arranhão visíveis sem comprometer o dente epóxi ou cola CA.
4. Areia molhada com grão 600 Para bordas cosméticas do produto 600 que aparecerão Areia molhada com um lubrificante dá um polonês equivalente à qualidade padrão. Limpe seco e inspecione com uma luz para quaisquer contaminantes ásperos residuais.

Após lixar, selar a borda Uma fina película de epóxi escovada ao longo da borda cortada mexe nas extremidades expostas da fibra e coloca a peça em posição permanentemente Uma opção alternativa para trabalhos urgentes de remendo ou peças pequenas é usar um cianoacrilato (“superglue” ou CA).Simplesmente aplique um cordão estreito, e permita que o CA se mexa rapidamente na estrutura da fibra antes que o movimento ou tensão seja aplicado.

Tolerâncias apertadas em peças de fibra de carbono usinadas em CNC significam que o método de acabamento geralmente impacta a dimensão final Nossa equipe usa um gabarito para fixar a peça durante o acabamento manual para evitar arredondar cantos afiados Medir a dimensão de acabamento após lixar 10000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000.

Perguntas frequentes