¿Cómo perforar compuestos de carbono?

El costo de producción de los materiales compuestos de fibra de carbono es muy elevado. Sin herramientas y procesos profesionales para la perforación, las piezas costosas se convierten en desechos debido a un pequeño error. Esta guía le proporcionará una solución de perforación confiable, considerando las herramientas, los parámetros y los pasos a seguir para garantizar la calidad de sus productos.

1. Aprenda sobre los compuestos de fibra de carbono

La placa de fibra de carbono compuesta está estratificada. Debido a su anisotropía única y su alta fragilidad, el procesamiento secundario (taladrado) resulta muy difícil. En particular, los laminados de 0° y los compuestos unidireccionales son más propensos a fracturarse, delaminarse y formar rebabas al taladrar. Por lo tanto, se requieren herramientas y procesos especiales para completar un proceso de taladrado de alta calidad.

2. Desafíos para la perforación de materiales compuestos

• Delaminación: Es causado por la fuerza axial excesiva de la perforación cuando la broca está cerca de la salida del orificio. 

Solución: Se debe reducir la velocidad de alimentación en la entrada y la salida del orificio, y se debe utilizar el proceso de fuerza de perforación escalonada + respaldo rígido.

• Desgarro y fractura: Una vez que la broca se desgasta y se pasiva, el tejido de fibra se desprenderá del laminado compuesto en la salida y se reducirán las propiedades mecánicas de toda la superficie.
• Fibras sin cortar: Se debe al desgaste y la pasivación de la herramienta. El filo de la broca no está lo suficientemente afilado como para cortar y romper la capa de fibra del laminado compuesto.
• Desgaste de vanguardia: La dureza del compuesto de fibra de carbono es alta (aproximadamente HV 300-500). La vida útil de las brocas estándar es solo una décima parte de la del aluminio.
• Costo y eficiencia de procesamiento: El costo del material compuesto es muy alto. La perforación, causada por la fragilidad, es muy difícil, por lo que la tasa de desperdicio es muy alta. Además, el alto desgaste de las brocas conlleva costos elevados.
• Desactivado por alta temperatura: Cuando el laminado compuesto es grueso, la rotación mecánica a alta velocidad provocará una temperatura superficial demasiado alta. Si el enfriamiento es insuficiente, la alta temperatura ablandará la resina del material compuesto.
• Desviación de apertura:Desgaste de la broca o desplazamiento por vibración.

3. Material y tipo de broca

Material:

• Acero de alta velocidad: Adecuado para un número pequeño de agujeros (menos de 10), la desventaja es la poca resistencia al desgaste y rigidez.
• Broca de carburo: Es Adecuado para la operación manual de materiales compuestos, incluyendo la comprobación de prototipos y la perforación de agujeros no críticos. Ofrece mayor resistencia al desgaste y dureza. Si la superficie de la broca está recubierta de tungsteno, se puede aumentar la dureza. La vida útil es de 80 a 100 agujeros por hoja.
• Broca de carburo con revestimiento de diamante: Gracias al recubrimiento, la broca tiene una dureza muy alta (aproximadamente HV8000-9000) y una alta resistencia al desgaste. Se utiliza generalmente para perforar agujeros de alta precisión (como piezas estructurales de aeronaves) con una vida útil de 800 a 1000 agujeros por hoja.
• Broca de diamante policristalino (PCD): Ventajas: Presenta buena resistencia al desgaste y estabilidad térmica, ideal para la producción en masa a gran escala (como piezas de fibra de carbono para automóviles). Vida útil: 3000-5000 agujeros por hoja.

Tipo de bit:

Taladro helicoidal

• Características estructurales: El ángulo de la punta es de aproximadamente 120° y el ángulo de la hélice es de aproximadamente 30-40°.El borde transversal del cincel es ancho y permite estimular fácilmente el empuje axial de la broca.
• Desventajas: El amplio borde transversal facilita la aplicación de capas de material compuesto al taladrar. Una mala evacuación de la viruta facilita la quema de la matriz de resina y reduce su rendimiento.
• Escena aplicable

• • Piezas no estructurales con bajos requisitos de precisión (como placas de carbono decorativas)
  • Agujero poco profundo con apertura ≤3 mm y espesor de placa compuesta ≤2 mm.

• Velocidad del motor recomendada: 500-5000 RPM

Brocas compuestas de doble ángulo: Previene la formación de capas y el desplazamiento.

• Características estructurales: Un taladro de doble ángulo, corte en pendiente
• Ángulo de punto primario de 130°Dispersa la presión de corte y aumenta el área de contacto entre el ángulo afilado y el laminado. Garantiza un corte uniforme en la fibra superficial, evita la estratificación de fracturas causada por el corte de la broca, protege la superficie de la placa compuesta e inhibe el desprendimiento superficial.
• Ángulo de punto secundario de 60° 
  • El ángulo de broca más agudo corta las fibras subyacentes de forma rápida y precisa, evitando la delaminación de salida y las rebabas.
  •  Ventaja: Puede reducir la fuerza de impacto axial cuando se perfora y evitar que el tejido fibroso en la salida sea “expulsado”.

 Taladro Tridente: Previene bordes ásperos y desgarros.

• Características estructurales
  • Diseño de tres filos: cuchilla principal central de 60° + filo secundario simétrico con ángulo superior de 130° en ambos lados. La fuerza de la viruta de perforación es uniforme, sin desgaste alrededor de la abertura, y la precisión es alta, ideal para placas relativamente gruesas.
  • El conducto es ancho y profundo, y el espacio de fusión del conducto es grande y relativamente fácil.
• Velocidad de rotación recomendada: 3000-4000 RPM (Evita fallas de rendimiento causadas por sobrecalentamiento de la matriz de resina)
• Velocidad de avance: 0,03-0,06 mm/rev

4. Control de precisión de los parámetros del proceso de perforación: tomando como ejemplo los accesorios de los UAV

Las piezas de UAV pedidas por un fabricante alemán de UAV utilizan brocas de diamante recubiertas de tungsteno (para mejorar su dureza) + 4000-5000 RPM + 0,05-0,08 mm/rev → La tasa de paso de la calidad de los orificios mejora enormemente.

5. Guía de operaciones

• Use equipo de protección, guantes de manga larga y ropa a prueba de polvo, mascarilla antipolvo o respirador, protector ocular, aspiradora, etc. También se requiere ventilación durante la perforación.
• Posicionamiento manual o posicionamiento láser: La colocación de los agujeros antes de perforar ayuda a garantizar la precisión de la perforación.
• Refuerzo local: Coloque previamente cinta anti-desprendimiento (por ejemplo, 3M™ 2216) alrededor de los puntos posicionados.
• Perforación de prueba y optimización de parámetros: Antes de la perforación por lotes, es necesario perforar un pozo de muestra para comprobar la fractura estratificada y la precisión del pozo. La apertura perforada se midió con un instrumento de coordenadas y se observó la rugosidad del pozo.
• Pre-perforación del orificio piloto: Antes de perforar, Perfore un orificio piloto con un diámetro aproximado de 0,098 pulgadas. Esto ayuda a mantener la estabilidad del tamaño del orificio y facilita la perforación de un orificio de mejor calidad. Además, evita las altas temperaturas causadas por la rotación a alta velocidad.
• Perforación previa del orificio piloto: Antes de taladrar, perfore un orificio piloto con un diámetro aproximado de 0,098 pulgadas. Esto ayuda a mantener la estabilidad del tamaño del orificio y facilita la perforación de un orificio de mejor calidad. También evita las altas temperaturas causadas por la rotación a alta velocidad del laminado compuesto.
• Molienda: Cuando se producen rebabas cerca del orificio, es necesario utilizar una lima de diamante para esmerilar a mano o una máquina desbarbadora de plasma para eliminar las rebabas.
• Inspección: Utilice un escaneo ultrasónico de las piezas después de la perforación para detectar si hay estratificación (el área de estratificación ≤1% está calificada)

6. Conclusión

La precisión de la perforación de compuestos de fibra de carbono determina directamente la calidad y la confianza de marca en las piezas y componentes de nuestros productos. Ofrecemos una solución integral, desde la selección de brocas hasta el diseño paramétrico y procesos de corte personalizados, para ayudarle a obtener piezas sin defectos.

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