I. Сондиране
Пробиването в композитни материали се различава значително от пробиването в метални конструкции на самолети. Специалните свредла, по-високите скорости и по-ниските скорости на подаване са от съществено значение за постигане на прецизни отвори. Структурите, съставени от въглеродни влакна и епоксидна смола, са изключително твърди и абразивни, което налага използването на специални плоски-нарезни или подобни четири-нарезни свредла. Арамидните влакна (Kevlar®) и епоксидните композити, макар и да не са толкова твърди като въглеродните влакна, са трудни за пробиване, освен ако не се използват специални инструменти, тъй като влакната са склонни към износване или разкъсване, освен ако не са чисто изрязани, тъй като са вградени в епоксидната смола. Разработени са специални свредла с върхове за щипки и рибешки опашки, за да отрежете влакната, преди да бъдат извадени от пробития отвор. Въпреки това, когато Kevlar® и епоксидни секции са поставени между две метални секции, могат да се използват стандартни спирални свредла.
II. Оборудване
За пробиване на композитни материали се използват пневматични инструменти. Свободната скорост на двигателя на бормашината може да достигне до 20 000 оборота в минута. Общото правило за пробиване на композити е да се използват високи скорости и ниски скорости на подаване (налягане). Оборудването за пробиване със задвижван контрол на подаването произвежда превъзходно качество на отвора в сравнение с двигателите за пробиване без него. Препоръчва се използването на водачи за пробиване, особено за по-дебели ламинати.
Не използвайте стандартни спирални свредла за пробиване на композитни структури. Стандартната високоскоростна стомана е неприемлива, тъй като веднага ще стане тъпа, ще генерира прекомерна топлина и ще причини разслояване, разкъсване на влакна и неприемливо качество на отворите.
Свредлата за въглеродни влакна и стъклени влакна са изработени от материали с диамантено- покритие или твърд карбид, тъй като влакната са много твърди и стандартните свредла за високоскоростна стомана (HSS) не издържат дълго.
Обикновено се използват спирални бормашини, но могат да се използват и бормашини Brad. Kevlar влакното не е толкова твърдо, колкото въглеродните влакна и може да побере стандартни HSS свредла; въпреки това качеството на отвора може да бъде компрометирано. Предпочитаният тип свредло е сърповидно -свредлото Klenk, което първо захваща влакната и след това ги срязва, което води до по-добро качество на отвора. По-големи дупки могат да се изрязват с помощта на триони за дупки с диамантено- покритие или фрези, но фрезите трябва да се използват само на бормашини, а не на бормашини. (Както е показано на фигури 85, 86 и 87)
(Фигура 85) Свредло Klenk за пробиване на Kevlar®
(Фигура 86) Инструменти за пробиване и рязане на композитни материали
(Фигура 87) Автоматично пробиване и рязане
III. Работни процедури и предпазни мерки
Композитните пробивни двигатели работят в диапазон от 2000 до 20 000 оборота в минута и ниски скорости на подаване. Двигателите на бормашините, оборудвани с хидравлични захранващи камери или други видове контрол на подаването, са за предпочитане, тъй като те ограничават изтичането на свредлото от композитния материал, намалявайки повредата от спукване и разслояването. Частите, направени от ленти, са особено податливи на повреди от спукване, докато частите, изработени от тъкани, са по-малко податливи на това. Композитните конструкции изискват метални листове или плочи като подложка, за да се избегне спукване. Отворите в композитните конструкции обикновено се пробиват предварително-с малък направляващ отвор, след което се разширяват с диамантено-покрито или карбидно свредло и накрая се разширяват до крайния размер на отвора с твърдосплавен райбер.
Задното -пробиване е проблем, който може да възникне, когато епоксидни-части от въглеродни влакна се свържат с части от метална подструктура. Задният ръб на отвора в епоксидната секция от въглеродни влакна може да бъде ерозиран или протрит от метални стружки, издърпани през композита. Това е по-разпространено, когато има празнини между частите или когато металните стружки са линейни, а не фрагментирани. Обратното -пробиване може да бъде смекчено чрез регулиране на скоростите на подаване и скоростите, геометрията на инструмента, затягане на детайла, добавяне на окончателно разширяване, използване на кълцащи свредла или комбинация от тези методи.
При пробиване на композитни части във връзка с метални части, металната част може да диктува скоростта на пробиване. Например, въпреки че титанът е съвместим с епоксидни материали от въглеродни влакна-от корозионна гледна точка, за да се предотврати металургично увреждане на титана, скоростта на пробиване трябва да се намали. Титановите сплави се пробиват при ниски скорости с високи скорости на подаване. Свредлата, подходящи за титан, може да не са подходящи за въглеродни или стъклени влакна. Свредлата за титан обикновено са изработени от кобалт-ванадий, докато свредлата за въглеродни влакна са направени от карбид или диамантено-покритие, за да се увеличи живота на свредлото и да се правят прецизни отвори. Свредла с малък диаметър HSS, като свредло #40, обикновено се използват за ръчно пробиване на пилотни отвори поради относително ниската им цена, компенсираща ограничения им живот. Свредлата HSS са подходящи само за един отвор.
Най-честият проблем при използването на твърдосплавни инструменти при ръчно пробиване е повредата на инструмента (по-специално отчупване на ръбове). Остро свредло с бавно и постоянно подаване може да направи отвори с толеранс от 0,1 мм (0,004 инча) през въглеродни влакна-епоксид и тънък алуминий, особено когато използвате водач за свредло. Твърдите инструменти могат да поддържат по-строги допуски. Когато структурата под епоксида-въглеродни влакна е титанова, свредлото може да издърпа титаниеви стружки през епоксида-въглеродни влакна, разширявайки отвора. В такива случаи може да е необходима окончателна операция по разширяване, за да се поддържа толерансът на диаметъра на отвора. Дупките в -епоксидни композитни структури от въглеродни влакна изискват карбидни райбери. Освен това, когато разширителят отстрани повече от 0,13 mm (0,005 инча) в диаметър, изходният край на отвора изисква подходяща опора, за да се предотврати напукване и разслояване. Опората може да бъде осигурена от подструктурата или плоча, фиксирана към задната повърхност. Типичните скорости на разширяване са приблизително половината от скоростите на пробиване.
Течностите за рязане обикновено не се използват или препоръчват за пробиване на тънки (с дебелина под 6,3 мм или 0,25 инча) структури от въглеродни влакна-. Използването на вакуум при пробиване на композити е добра практика, за да се избегне свободното плаване на въглероден прах в работната зона.
IV. Пробиване
Когато крепежните елементи трябва да се монтират в комплекти, се изисква зенкериране за композитни конструкции. За метални конструкции типичните методи са 100-градусови срязващи или опънати крепежни елементи. В композитните конструкции има два често използвани типа крепежни елементи: 100 градусови крепежни елементи с опъваща глава или 130 градусови крепежни елементи с опъваща глава. Предимството на 130-градусовата глава е, че диаметърът на главата на закопчалката може да бъде същият като този на 100-градусовата закопчалка за опъната глава, докато дълбочината на главата е същата като тази на 100-градусовата закопчалка за срязваща глава. За монтирани крепежни елементи в композитни части е препоръчително да се проектира инструментът за разпробиване с контролиран радиус между отвора и отвора, за да се приспособи радиусът на филето на главата-към-стеблото на крепежния елемент. Освен това може да са необходими операции по скосяване или шайби, за да се осигури достатъчна хлабина за стърчащи крепежни елементи на главата. Независимо от използвания тип глава, в композитната структура трябва да се подготви съвпадащ зенкер или фаска.
Твърдосплавните инструменти се използват за производство на зенкери в -епоксидни структури от въглеродни влакна. Тези зенкери обикновено имат прави канали, подобни на тези, използвани за метали. За -епоксидни композити от кевларови влакна се използва S-образна положителна наклонена режеща канавка. Ако се използват фрези с прави жлебове или зенкери, върху повърхността може да се постави специална дебела самозалепваща лента, за да се почистят нарязаните кевларови влакна, но това е по-малко ефективно от S-фреза с фрези. Препоръчва се пилотен инструмент за зенкериране, тъй като осигурява по-добра концентричност между отвора и зенкера и намалява потенциала за пролуки под крепежния елемент поради асиметрия или разслояване на частта.
Използвайте микро{0}}манометър за зенкериране, за да направите постоянни зенкери. Не зенкерувайте по-дълбоко от 70% от дълбочината на повърхностния слой, тъй като по-дълбоките зенкери могат да намалят здравината на материала. Когато използвате направляващ инструмент за зенкериране, важно е редовно да проверявате пилота за износване, тъй като износването може да доведе до намалена концентричност между отвора и инструмента за зенкериране. Това е особено приложимо за инструменти за зенкериране само с един режещ ръб. За направляващи режещи зъби с зенкер, позиционирайте направляващия в отвора и настройте режещите зъби на максимални обороти, преди да започнете подаването на режещите зъби в отвора и да се подготвите за рязане с зенкер. Ако режещите зъби влязат в контакт с композитния материал, преди да задействат двигателя на бормашината, може да се генерират отломки.
V. Процеси на рязане и предпазни мерки
Режещите инструменти, предназначени за метали, са или с кратък живот, или създават лоши режещи ръбове, когато се използват върху композитни материали. Инструментите, използвани за композити, варират в зависимост от композитния материал, който се реже. Общото правило за рязане на композитни материали е висока скорост с бавно подаване.
Пластмаси, подсилени с въглеродни влакна (CFRP): Въглеродните влакна са изключително твърди и инструментите от високоскоростна стомана се износват бързо. За повечето задачи за подстригване и рязане диамантените остриета са най-добрият избор. Шлифоването може да се извърши с алуминиева или силициево-карбидна шкурка или абразивна кърпа. Силициевият карбид има по-дълъг живот от алуминиевия оксид. Фрезите могат също да бъдат изработени от твърд карбид или с диамантено-покритие.
Пластмаси, подсилени със стъклени влакна (GFRP): Стъклените влакна са толкова твърди, колкото въглеродните влакна, а инструментите от високоскоростна стомана се износват бързо, когато се използват върху тях. Пробиването на дупки в стъклени влакна трябва да се извършва със същия тип и материал свредла като тези, използвани за въглеродни влакна.
Арамидни (Kevlar®) подсилени с влакна пластмаси: Арамидните влакна не са толкова твърди като въглеродните и стъклените влакна и могат да се използват инструменти, изработени от високо-стомана. За да предотвратите разхлабване на влакна по краищата на арамидни композити, дръжте детайла здраво преди срязване. Арамидните композити трябва да се поддържат с пластмасова подложка. Арамидът и опорната плоча трябва да се режат едновременно. Най-добрият метод за рязане на арамидни влакна е първо да ги опънете и след това да ги срежете. Има специално оформен нож, който може да захване влакната и след това да ги среже. Когато използвате ножици за рязане на кевларен плат или препреги, едната страна трябва да е с режещи остриета, а другата страна с назъбени или набраздени повърхности. Тези назъбвания предотвратяват изплъзването на материала. Винаги използвайте остри остриета, тъй като те могат да намалят увреждането на влакната. След употреба не забравяйте незабавно да почистите назъбените части на ножицата, за да предотвратите повреда от невтвърдена смола.
Когато използвате инструменти и оборудване, винаги носете предпазни очила и други защитни средства.
VI. Оборудване за рязане
Лентовият трион е най-често използваното оборудване в работилниците за поддръжка за рязане на композитни материали. Препоръчително е да използвате остриета с карбиден-върх или диамантено- покритие без зъби. Типичните назъбени остриета няма да издържат дълго, ако се използват за рязане на въглеродни или стъклени влакна. Както е показано на [Фигура 88], пневматични и ръчни инструменти като рутери, триони, шлайфмашини и режещи колела могат да се използват за подрязване на композитни части. Инструментите с твърдосплавен-върх или диамантено-покритие осигуряват по-добро покритие и по-дълъг живот. Професионалните опции включват ултразвукови, водоструйни и лазерни машини за рязане. Тези видове оборудване са с цифрово управление (NC) и произвеждат превъзходно качество на ръбовете и отворите. Машините за рязане с водна струя не могат да се използват върху конструкции с пчелна пита, тъй като вкарват вода в частите. Никога не режете нищо на оборудване, предназначено за композити, тъй като други материали могат да замърсят композитите.
(Фигура 88) Лентов трион
Предварителните импрегнации могат да се режат с помощта на (CNC) маса за рязане Gerber. Използването на това оборудване ускорява процеса на рязане и оптимизира използването на материала. Софтуерът за проектиране може да изчисли как да изрежете слоеве със сложни форми. Както е показано на фигура 89:
:
(Фигура 89) Маса за рязане Gerber
Следва продължение
Източник „Composites Frontier“ Публичен уебсайт