Come forare i compositi in fibra di carbonio?

Il costo di produzione dei materiali compositi in fibra di carbonio è molto elevato. Senza strumenti e processi di foratura professionali, i componenti costosi rischiano di diventare scarti a causa di un minimo errore. Questa guida vi fornirà una soluzione di foratura affidabile, illustrando strumenti, parametri e fasi di lavorazione per garantire la qualità dei vostri prodotti.

1. Scopri di più sui compositi in fibra di carbonio

La piastra composita in fibra di carbonio è stratificata. A causa della sua peculiare anisotropia e dell'elevata fragilità, la lavorazione secondaria, ovvero la foratura, risulta molto complessa. In particolare, i laminati a 0° e i compositi unidirezionali sono più soggetti a fratture, delaminazioni e bave durante la foratura. Pertanto, sono necessari utensili e processi speciali per garantire una foratura di alta qualità.

2. Sfide nella foratura dei materiali compositi

• Delaminazione: È causato dall'eccessiva forza assiale esercitata durante la perforazione quando la punta del trapano è vicina all'uscita del foro. 

Soluzione: La velocità di avanzamento deve essere ridotta all'ingresso e all'uscita del foro, e si deve utilizzare il processo di forza di foratura a gradini con supporto rigido.

• Lacerazioni e fratture: Dopo l'usura e la passivazione della punta, il tessuto fibroso si staccherà dal laminato composito in corrispondenza dell'uscita, riducendo le proprietà meccaniche dell'intera superficie.
• Fibre non tagliate: È causato dall'usura e dalla passivazione dell'utensile. Il tagliente della punta del trapano non è abbastanza affilato da tagliare e rompere lo strato di fibre del laminato composito.
• Abbigliamento all'avanguardia: La durezza dei compositi in fibra di carbonio è elevata (circa 300-500 HV). La durata delle punte da trapano standard è solo un decimo di quella dell'alluminio.
• Costo ed efficienza di elaborazione: Il costo del materiale composito è molto elevato. La foratura dovuta alla fragilità è troppo difficile, quindi il tasso di scarto è molto alto. Inoltre, l'elevato tasso di usura delle punte da trapano comporta costi elevati.
• Disabilitato a causa delle alte temperature: Quando il laminato composito è spesso, l'elevata velocità di rotazione meccanica provoca un innalzamento eccessivo della temperatura superficiale. Se il raffreddamento è insufficiente, l'alta temperatura fa sì che la resina presente nel materiale composito si ammorbidisca.
• Deviazione dell'aperturaUsura della punta o spostamento dovuto alle vibrazioni.

3. Materiale e tipo di punta da trapano

Materiale:

• Acciaio rapido: Adatto per un numero ridotto di fori (meno di 10), lo svantaggio è la scarsa resistenza all'usura e la rigidità limitata.
• Punta da trapano in carburo: Suo Adatto per la lavorazione manuale di materiali compositi, inclusa la prototipazione e la foratura di fori non critici. Offre una migliore resistenza all'usura e durezza. Se la superficie della punta è rivestita in tungsteno, la durezza può essere aumentata. La durata utile è di 80-100 fori per lama.
• Punta da trapano in carburo rivestita di diamante: Grazie al rivestimento, la punta del trapano presenta un'elevata durezza (circa HV8000-9000) e un'alta resistenza all'usura. Viene generalmente utilizzata per forare con elevata precisione (ad esempio, componenti strutturali di aeromobili) con una durata di 800-1000 fori per lama.
• Punta da trapano in diamante policristallino (PCD): Vantaggi: Presenta una buona resistenza all'usura e stabilità termica, adatta alla produzione di massa su larga scala (come ad esempio componenti in fibra di carbonio per autoveicoli). Durata utile: 3000-5000 fori/lama.

Tipo di bit:

Trapano a torsione

• Caratteristiche strutturali: L'angolo della punta è di circa 120°, e l'angolo dell'elica è di circa 30-40°.Il tagliente trasversale a scalpello è ampio e facilita la stimolazione della spinta assiale della punta.
• Svantaggi: L'ampio bordo trasversale facilita la stratificazione del materiale composito durante la foratura. Una scarsa rimozione dei trucioli può causare la bruciatura della matrice di resina e comprometterne le prestazioni.
• Scena applicabile

• • Componenti non strutturali con requisiti di bassa precisione (come le piastre decorative in fibra di carbonio)
  • Foro poco profondo con apertura ≤3 mm e spessore della piastra composita ≤2 mm.

• Regime del motore consigliato: 500-5000 giri/minuto

Punte composite a doppia angolazione: Previene la sovrapposizione e lo spostamento

• Caratteristiche strutturali: Una punta da trapano a doppio angolo, taglio in pendenza
• Angolo del punto primario di 130°Può disperdere la pressione di taglio e aumentare l'area di contatto tra l'angolo acuto e il laminato. Assicura un taglio uniforme nella fibra superficiale, evita la stratificazione della frattura causata da un taglio incompleto, protegge la superficie della piastra composita e inibisce il distacco superficiale.
• Angolo del punto secondario di 60° 
  • L'angolo di taglio più acuto della punta taglia le fibre sottostanti in modo rapido e preciso, evitando la delaminazione in uscita e la formazione di bave.
  •  Vantaggio: può ridurre la forza d'impatto assiale durante la perforazione e impedire che il tessuto fibroso all'uscita venga "spinto fuori".

 Esercitazione Tridente: Previene bordi ruvidi e strappi

• Caratteristiche strutturali
  • Il design a tre taglienti – lama principale centrale a 60° + tagliente secondario simmetrico con angolo superiore di 130° su entrambi i lati. La forza del truciolo di foratura è uniforme, senza usura intorno all'apertura, e la precisione è elevata, adatta a lamiere relativamente spesse.
  • Lo scivolo è largo e profondo, e lo spazio di fusione dello scivolo è ampio e relativamente facile
• Velocità di rotazione consigliata: 3000-4000 giri/minuto (per evitare guasti dovuti al surriscaldamento della matrice di resina).
• Velocità di avanzamento: 0,03-0,06 mm/giro

4. Controllo di precisione dei parametri del processo di perforazione: prendendo come esempio gli accessori per droni.

I componenti per droni ordinati da un produttore tedesco di droni utilizzano punte da trapano diamantate rivestite in tungsteno (per migliorarne la durezza) + 4000-5000 RPM + 0,05-0,08 mm/giro → Il tasso di successo della qualità dei fori è notevolmente migliorato.

5. Guida operativa

• Indossare dispositivi di protezione individuale, Guanti a maniche lunghe e indumenti antipolvere, maschera antipolvere o respiratore, visiera protettiva, aspirapolvere, ecc. È inoltre necessaria una buona ventilazione durante le operazioni di perforazione.
• Posizionamento manuale o posizionamento laser: Il posizionamento dei fori prima della foratura contribuisce a garantire la precisione della foratura stessa.
• Rinforzo locale: Applicare preventivamente del nastro antistrappo (ad esempio 3M™ 2216) attorno ai punti di posizionamento.
• Perforazione di prova e ottimizzazione dei parametri: Prima di procedere alla foratura in serie, è necessario praticare un foro campione per verificare la frattura stratificata e la precisione del foro. L'apertura del foro è stata misurata con uno strumento a coordinate ed è stata osservata la rugosità del foro.
• Preforatura del foro pilota: Prima di forare, Praticare un foro pilota con un diametro di circa 0,098 pollici. Questo aiuta a mantenere la stabilità delle dimensioni del foro e facilita la foratura di un foro di migliore qualità. Inoltre, evita l'elevato surriscaldamento causato dalla rotazione ad alta velocità.
• Preforatura del foro pilota: Prima di procedere alla foratura, praticare un foro pilota con un diametro di circa 0,098 pollici. Questo aiuta a mantenere stabile la dimensione del foro e facilita la foratura di un foro di migliore qualità. Inoltre, previene l'elevato surriscaldamento causato dalla rotazione ad alta velocità del laminato composito.
• Macinazione: Quando si formano bave in prossimità del foro, è necessario utilizzare una lima diamantata per la levigatura manuale o una macchina per la sbavatura al plasma per rimuoverle.
• Ispezione: Utilizzare la scansione a ultrasuoni dei pezzi dopo la foratura per rilevare la presenza di stratificazione (un'area di stratificazione ≤1% è considerata idonea).

6. Conclusion

La precisione della foratura dei compositi in fibra di carbonio determina direttamente la qualità e la fiducia nel marchio dei componenti e delle parti del prodotto. Offriamo una soluzione completa, dalla selezione delle punte alla progettazione parametrica fino ai processi di taglio personalizzati, per aiutarvi a ottenere componenti a zero difetti.

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