Почему армированные пластики (например, со стекловолокном) требуют более частой замены инструмента?

Армированные пластики, такие как полимеры, усиленные стекловолокном (GFRP) или углеродным волокном (CFRP), представляют собой высокоабразивные композитные материалы. Хотя пластиковая матрица относительно мягкая, армирующие волокна чрезвычайно твёрдые и износостойкие. Например, стекловолокно твёрже большинства инструментов из быстрорежущей стали. Это создаёт постоянный эффект «шлифования» во время ЧПУ-обработки, что быстро притупляет режущую кромку за счёт механического истирания и требует более частой замены инструмента для поддержания качества поверхности и точности размеров.

Основные механизмы износа: абразивное воздействие и термическое разрушение

1. Экстремальный абразивный износ Главная причина быстрого износа инструмента — прямое абразивное воздействие твёрдых армирующих волокон. Каждый раз, когда режущая кромка проходит через материал, она встречает эти твёрдые, хрупкие волокна, которые царапают и микросколами повреждают инструмент. Это особенно сложно при процессах, таких как ЧПУ-фрезерование и ЧПУ-сверление, где инструмент постоянно контактирует с новым материалом. Тупой инструмент усугубляет проблему, разрывая волокна вместо их чистого срезания, что приводит к плохому качеству поверхности и повреждениям под ней.

2. Прерывистое резание и термический шок Структура композитов неоднородна. Инструмент постоянно чередует резание мягкой полимерной матрицы и твёрдых абразивных волокон. Такое прерывистое резание вызывает циклические удары и термические колебания. В рамках нашей услуги по многоосевой обработке композитов управление этим прерывистым контактом имеет решающее значение для контроля износа инструмента и предотвращения его преждевременного выхода из строя.

Стратегии выбора инструмента для уменьшения износа

• Выбор материала инструмента: Твердосплавные инструменты являются стандартом благодаря своей высокой твёрдости и стойкости к износу по сравнению с быстрорежущей сталью. Для особо абразивных композитов оптимальным решением являются инструменты с напайками из поликристаллического алмаза (PCD), поскольку алмаз — самый твёрдый известный материал, обеспечивающий в десятки раз больший срок службы инструмента.

• Геометрия инструмента: Инструменты для композитов обычно имеют большие положительные углы резания и острые полированные режущие кромки, что обеспечивает чистое срезание волокон без их вырывания. Специальные геометрии позволяют снизить силы резания и уменьшить нагрев.

• Поверхностные обработки и покрытия: Хотя стандартные покрытия, такие как TiN, могут помочь, они быстро стираются под воздействием абразивных волокон. Высокополированный незакалённый твердосплавный или PCD-инструмент часто оказывается более эффективным, обеспечивая гладкую поверхность, снижающую трение и налипание смолы.

Операционные рекомендации для продления срока службы инструмента

1. Оптимизация скорости и подачи: Слишком высокая скорость вращения шпинделя вызывает перегрев, из-за чего полимерная матрица размягчается и абразивные частицы легче внедряются в инструмент. Слишком низкая скорость, напротив, увеличивает трение. Важно найти оптимальный баланс.

2. Эффективное удаление пыли: При обработке композитов образуется мелкая абразивная пыль. Эффективная система пылеудаления жизненно необходима, чтобы предотвратить рециркуляцию пыли, которая действует как абразив между инструментом и деталью, ускоряя износ. Это обязательная часть нашей услуги по ЧПУ-обработке пластика.

3. Регулярный контроль инструмента: Введение строгого графика осмотра и замены инструмента необходимо, чтобы изношенный инструмент не привёл к браку деталей. Для серийного производства наша услуга массового производства использует предиктивные модели срока службы инструмента для минимизации простоев и обеспечения стабильного качества.