Quali sono i migliori utensili da taglio per materiali compositi moderni?

Irvine, California, U.S.A. - Mannheim, Germania

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Quali sono i migliori utensili da taglio per materiali compositi moderni?

In vari settori moderni come quello aerospaziale, automobilistico, delle energie rinnovabili e degli articoli sportivi, vi è una grande dipendenza dall'uso di materiali compositi avanzati come i polimeri rinforzati con fibre di carbonio (CFRP), la fibra di vetro, il kevlar e i laminati ibridi. Questi materiali hanno un rapporto forza-peso molto elevato, resistono bene alla corrosione e consentono una buona flessibilità di progettazione, ma la loro lavorazione rappresenta una grande sfida. Le loro fibre, molto dure e abrasive, la costruzione a strati e la tendenza alla delaminazione richiedonoutensili da tagliopercompositi appositamente progettati per fornire la precisione e la durata richieste.

La scelta di utensili da taglio appropriati è fondamentale non solo per ottenere tagli precisi e accurati, ma anche per ottenere una maggiore durata degli utensili, una minore quantità di scarti e una migliore efficienza produttiva. Di seguito sono elencati i migliori tipi di utensili e le tecnologie oggi disponibili per la lavorazione dei materiali compositi.

1. Utensili da taglio con rivestimento diamantato: Lo standard industriale per i compositi abrasivi

I rivestimenti diamantati, in particolare il diamante policristallino (PCD) e i rivestimenti diamantati a deposizione chimica da vapore (CVD), sono gli standard per la lavorazione di precisione dei compositi moderni.

Gli utensili con rivestimento diamantato sono i migliori per i seguenti motivi.

• L'estrema durezza sfida l'usura causata dalle fibre di carbonio e di vetro.

• L'eccellente resistenza al calore consente agli utensili di funzionare in modo costante anche a velocità di mandrino molto elevate.

• Taglienti ultra affilati che evitano la delaminazione e lo sfilacciamento dovuti al taglio laser.

• La durata dell'utensile è lunga, il che rappresenta una grande differenza rispetto al metallo duro nelle applicazioni ad alta richiesta.
  

I migliori utilizzi

• Taglio di componenti in CFRP

• Fresatura di laminati di grado aerospaziale

• Lavorazione automatizzata ad alto volume
  

Per i produttori che utilizzano gli utensili da taglio CNC , le frese, le punte e le frese con rivestimento diamantato sono indispensabili quando la precisione e la durata sono importanti.

2. Utensili in diamante policristallino (PCD): Utensili da taglio ad alte prestazioni per la produzione in grandi volumi

Gli utensili in PCD sono realizzati mediante sinterizzazione delle particelle di diamante in una massa solida, producendo un tagliente incredibilmente resistente. Rientrano nella categoria degli utensili da taglio ad alte prestazioni, soprattutto nelle applicazioni in cui il materiale del pezzo in lavorazione usura rapidamente le frese tradizionali.

Vantaggi

• Eccezionale resistenza all'usura in ambienti abrasivi
  

• Finitura superficiale costante per lunghi cicli di produzione
  

• Geometrie personalizzate per un taglio senza delaminazione
  

Applicazioni

Gli utensili da taglio in PCD eccellono in:

• Componenti strutturali aerospaziali

• Lavorazione di pale di turbine eoliche

• Pannelli di carrozzeria in fibra di carbonio per autoveicoli
  

La loro rigidità e longevità li rende ideali per le celle di lavorazione robotizzate e le linee CNC automatizzate, dove il cambio degli utensili deve essere ridotto al minimo.

3. Utensili in metallo duro con rivestimenti avanzati: L'opzione conveniente

Mentre gli utensili diamantati sono soluzioni di alto livello, gli utensili in metallo duro rivestiti rimangono ampiamente utilizzati per la lavorazione di volumi inferiori o di materiali misti. I rivestimenti moderni come TiAlN, TiCN e DLC (carbonio simile al diamante) migliorano la resistenza all'usura e la stabilità di taglio.

Vantaggi

• Più economico rispetto al diamante PCD o CVD
  

• Buone prestazioni sui materiali compositi più morbidi
  

• Resistente all'accumulo e alla generazione di calore
  

Sono particolarmente utili nelle officine che lavorano materiali compositi in modo intermittente e che desiderano un equilibrio tra prestazioni e costi.

4. Fresatrici a bulino per fibra di vetro e compositi morbidi

Le frese per compositi a fresa sono costituite da più taglienti scanalati che hanno lo scopo di smerigliare piuttosto che tagliare le fibre. L'azione di smerigliatura mantiene le fibre attaccate al materiale e consente di ottenere un'ottima qualità superficiale su determinati materiali.

Uso eccezionale

• Lastre in fibra di vetro

• Tipi di nido d'ape

• Plastiche rinforzate con fibre corte

Le frese a tazza presentano i vantaggi sopra descritti, ma non sono durevoli come i diamanti. Tuttavia, garantiscono comunque un taglio netto e sono compatibili con le configurazioni di lavorazione CNC.

5. Fresatrici a compressione per bordi puliti e senza delaminazione

Le frese a compressione hanno geometrie diverse delle scanalature (la parte inferiore ha un taglio verso l'alto, mentre la parte superiore ha un taglio verso il basso) e comprimono gli strati di composito verso l'interno durante il taglio.

Vantaggi

• La delaminazione e lo sfilacciamento sono notevolmente ridotti

• I materiali laminati hanno una migliore qualità dei bordi

• I pezzi in composito finiti possono essere rifilati perfettamente

Questo è particolarmente utile nel caso di pannelli laminati in CFRP da utilizzare nei settori degli aerei e degli sport motoristici.

6. Punte in metallo duro integrale con ottimizzazione della geometria delle punte

La foratura dei materiali compositi può portare alla delaminazione, alla scheggiatura e alla rottura delle fibre se si utilizzano utensili sbagliati. Oggi le punte in carburo solido destinate ai compositi presentano diversi vantaggi che oggi punte in carburo solido destinate ai compositi presentano:

Geometria di punta della punta

Punte con angoli doppi

Bordi per la rottura del truciolo

Vantaggi

• Minore sfilacciamento sul lato di uscita

• Diametri dei fori più precisi

• Migliore qualità del foro

Utilizzate con gli strumenti di taglio CNC automatizzati, queste punte possono creare fori di livello aerospaziale che soddisfano i più severi requisiti di tolleranza.

7. Utensili da taglio rompitruciolo e seghettati per la riduzione del calore

La lavorazione dei compositi non è come il tradizionale processo di taglio dei metalli, poiché non produce trucioli metallici; i principali sottoprodotti sono fibre e polvere. L'utilizzo di utensili con bordi seghettati o rompitruciolo aiuta a suddividere le fibre in particelle minuscole, riducendo così l'accumulo di calore ed evitando il blocco dell'utensile.

Perché sono importanti

• Riduzione dell'impatto termico sul tagliente

• Riduzione dei costi di sostituzione dell'utensile

• Maggiore efficienza di taglio complessiva

Questi particolari utensili trovano la massima applicazione nella lavorazione di pile di compositi spessi o di materiali ricchi di resina che rischiano di attaccarsi alle frese standard.

8. Utensili da taglio a ultrasuoni: L'alternativa avanzata

La lavorazione a ultrasuoni è sempre più apprezzata per la sua capacità di tagliare materiali tenaci utilizzando una forza molto ridotta. L'utensile esegue movimenti vibrazionali a frequenze ultrasoniche, riducendo in larga misura l'attrito.

Vantaggi

• Bordi più puliti, quasi privi di delaminazione e con un'adesione perfetta

• Minore usura dell'utensile

• Rifinitura di precisione di compositi fragili

Tuttavia, i sistemi a ultrasuoni sono costosi, ma rappresentano il futuro della lavorazione dei compositi nelle applicazioni che richiedono la massima precisione.

Scegliere l'utensile migliore per il proprio materiale composito

La scelta dei giusti utensili da taglio per compositi dipende in larga misura dallo specifico composito da lavorare:

I materiali compositi contemporanei richiedono soluzioni di lavorazione all'avanguardia. Indipendentemente dal fatto che si utilizzinoutensili da taglio ad alte prestazioni sotto forma di utensili diamantati, PCD o CVD attraverso il CNC automatizzato ad alta velocità , o la rifilatura manuale, la scelta di tali utensili da taglio ad alte prestazioni - che vanno dai diamantati, PCD ai fresatori a compressione e alle frese a ultrasuoni - garantirà i migliori risultati. Gli utensili più adatti hanno la durata più lunga, resistono meglio al calore e sono modellati in base alle caratteristiche fisiche peculiari dei compositi. Utilizzandoutensili da taglio per compositi, i produttori non solo raddoppiano la produttività e la precisione, ma beneficiano anche di una migliore qualità dei pezzi e di una riduzione dei costi di attrezzaggio a lungo termine.