Comment percer les composites en carbone ?

Le coût de production des matériaux composites en fibre de carbone est très élevé. Sans outils et procédés de perçage professionnels, les pièces coûteuses seront jetées à la moindre erreur. Ce guide vous fournira une solution de perçage fiable, incluant les outils, les paramètres et les étapes de perçage, pour garantir la qualité de vos produits.

1. En savoir plus sur les composites en fibre de carbone

La plaque composite en fibre de carbone est stratifiée. En raison de son anisotropie unique et de sa grande fragilité, le perçage est très difficile à réaliser après la transformation. En particulier, les stratifiés à 0° et les composites unidirectionnels sont plus sujets aux fractures, au délaminage et aux bavures lors du perçage. Par conséquent, des outils et des procédés spécifiques sont nécessaires pour réaliser un perçage de haute qualité.

2. Défis du perçage dans les composites

• Délaminage : Cela est dû à la force axiale excessive du perçage lorsque le foret est proche de la sortie du trou. 

Solution: La vitesse d'avance doit être réduite à l'entrée et à la sortie du trou, et le processus de force de perçage par étapes + support rigide doit être utilisé.

• Arrachage et fracture : Une fois le foret usé et passivé, le tissu fibreux sera arraché du stratifié composite à la sortie et les propriétés mécaniques de toute la surface seront réduites.
• Fibres non coupées : Cela est dû à l'usure et à la passivation de l'outil. Le tranchant du foret n'est pas suffisamment tranchant pour couper et briser la couche de fibres du stratifié composite.
• Usure de pointe : La dureté du composite en fibre de carbone est élevée (environ HV 300-500). La durée de vie des forets standard est dix fois inférieure à celle de l'aluminium.
• Coût et efficacité de traitement : Le coût des composites est très élevé. Le perçage, dû à la fragilité, est trop difficile, ce qui entraîne un taux de rebut très élevé. De plus, l'usure importante des forets entraîne des coûts élevés.
• Désactivé en raison d'une température élevée : Lorsque le stratifié composite est épais, la rotation mécanique à grande vitesse entraîne une température de surface trop élevée. Si le refroidissement est insuffisant, la résine du matériau composite ramollit à haute température.
• Déviation d'ouverture:Usure du foret ou décalage des vibrations.

3. Matériau et type de foret

Matériel:

• Acier rapide : Convient pour un petit nombre de trous (moins de 10), l'inconvénient est une faible résistance à l'usure et une faible rigidité.
• Foret en carbure : C'est Convient au travail manuel des matériaux composites, notamment à l'épreuvage de prototypes et au perçage de trous non critiques. Sa résistance à l'usure et sa dureté sont supérieures. Un revêtement de tungstène sur la surface du foret permet d'augmenter sa dureté. Sa durée de vie est de 80 à 100 trous par lame.
• Foret en carbure revêtu de diamant : Grâce à son revêtement, le foret présente une dureté très élevée (environ HV8000-9000) et une résistance élevée à l'usure. Il est généralement utilisé pour percer des trous de haute précision (comme pour les pièces de structure aéronautique), avec une durée de vie de 800 à 1000 trous par lame.
• Foret diamanté polycristallin (PCD) : Avantages : Bonne résistance à l'usure et stabilité thermique, convient à la production de masse à grande échelle (comme les pièces automobiles en fibre de carbone). Durée de vie : 3 000 à 5 000 trous/lame.

Type de bit :

Foret hélicoïdal

• Caractéristiques structurelles : L'angle de pointe est d'environ 120° et l'angle d'hélice est d'environ 30 à 40°.Le bord transversal du ciseau est large et permet de stimuler facilement la poussée axiale du foret.
• Inconvénients : Le large bord transversal facilite la stratification du matériau composite lors du perçage. Une mauvaise évacuation des copeaux peut facilement brûler la matrice de résine et altérer ses performances.
• Scène applicable

• • Pièces non structurelles nécessitant peu de précision (telles que les plaques de carbone décoratives)
  • Trou peu profond avec ouverture ≤ 3 mm et épaisseur de plaque composite ≤ 2 mm.

• Régime moteur recommandé : 500-5000 tr/min

Forets composites à double angle : Empêche la superposition et le refoulement

• Caractéristiques structurelles : Une perceuse double angle, coupe en pente
• Angle du point principal de 130°Il permet de répartir la pression de coupe et d'augmenter la surface de contact entre l'angle vif et le stratifié. Il assure une coupe lisse dans la fibre superficielle, évite la stratification des fractures causée par un glissement trop faible du foret, protège la surface de la plaque composite et empêche le décollement.
• Angle de pointe secondaire de 60° 
  • L'angle de foret plus aiguisé coupe les fibres sous-jacentes rapidement et avec précision, évitant ainsi le délaminage de sortie et les bavures.
  •  Avantage : Il peut réduire la force d'impact axiale lors du perçage et empêcher le tissu fibreux à la sortie d'être « poussé vers l'extérieur ».

 Foret Trident : Empêche les bords rugueux et les déchirures

• Caractéristiques structurelles
  • Conception à trois arêtes : lame principale centrale à 60° et arête secondaire symétrique à angle supérieur de 130° des deux côtés. La force de perçage est uniforme, sans usure autour de l'ouverture, et la précision est élevée, ce qui convient aux tôles relativement épaisses.
  • La goulotte est large et profonde, et l'espace de fusion de la goulotte est grand et relativement facile
• Vitesse de rotation recommandée : 3 000 à 4 000 tr/min (empêche les défaillances de performance causées par la surchauffe de la matrice de résine)
• vitesse d'avance : 0,03-0,06 mm/tr

4. Contrôle de précision des paramètres du processus de forage : exemple des accessoires de drones

Les pièces de drone commandées par un fabricant allemand de drones utilisent un foret diamanté revêtu de tungstène (pour améliorer sa dureté) + 4000-5000 tr/min + 0,05-0,08 mm/tr → Le taux de réussite de la qualité des trous est considérablement amélioré.

5. Guide d'exploitation

• Porter un équipement de protection, des gants à manches longues et des vêtements anti-poussière, un masque anti-poussière ou un respirateur, une protection oculaire, un aspirateur, etc. Une ventilation est également nécessaire pendant le forage.
• Positionnement manuel ou positionnement laser : Le positionnement des trous avant le perçage permet de garantir la précision du perçage.
• Renforcement local : Pré-fixer du ruban anti-décapage (par exemple 3M™ 2216) autour des points positionnés.
• Forage d'essai et optimisation des paramètres : Avant le forage par lots, il est nécessaire de forer un échantillon afin de tester la fracture stratifiée et la précision du trou. L'ouverture forée a été mesurée à l'aide d'un instrument de mesure des coordonnées et la rugosité du trou a été observée.
• Pré-perçage du trou pilote : Avant de percer, Percez un trou pilote d'environ 0,098 pouce de diamètre. Cela permet de maintenir la stabilité du trou et de le percer plus facilement. Cela permet également d'éviter les températures élevées causées par la rotation à grande vitesse.
• Pré-perçage du trou pilote : Avant de percer, percez un trou pilote d'environ 0,098 pouce de diamètre. Cela permet de maintenir la stabilité de la taille du trou et de faciliter le perçage d'un trou de meilleure qualité. Cela permet également d'éviter la température élevée causée par la rotation à grande vitesse du stratifié composite.
• Affûtage: Lorsque des bavures se produisent à proximité du trou, il est nécessaire d'utiliser une lime diamantée pour le meulage manuel ou une machine d'ébavurage plasma pour éliminer les bavures.
• Inspection: Utiliser le balayage par ultrasons des pièces après perçage pour détecter s'il y a stratification (la zone de stratification ≤1% est qualifiée)

6. Conclusion

La précision du perçage des composites en fibre de carbone détermine directement la qualité et la réputation des pièces et composants de vos produits. Nous proposons une solution complète, du choix des forets à la conception paramétrique, en passant par des procédés de découpe personnalisés, pour vous aider à obtenir des pièces zéro défaut.

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