I. Διάτρηση
Η διάτρηση σε σύνθετα υλικά διαφέρει σημαντικά από τη διάτρηση σε μεταλλικές κατασκευές αεροσκαφών. Ειδικά τρυπάνια, υψηλότερες ταχύτητες και χαμηλότεροι ρυθμοί τροφοδοσίας είναι απαραίτητα για την επίτευξη οπών ακριβείας. Οι κατασκευές που αποτελούνται από ανθρακονήματα και εποξειδικές ίνες είναι εξαιρετικά άκαμπτες και λειαντικές, απαιτώντας τη χρήση ειδικών επίπεδων-αυλών ή παρόμοιων τεσσάρων- τρυπανιών φλάουτου. Οι ίνες αραμιδίου (Kevlar®) και τα εποξειδικά σύνθετα υλικά, αν και δεν είναι τόσο σκληρά όσο οι ανθρακονήματα, είναι δύσκολο να τρυπηθούν εκτός εάν χρησιμοποιηθούν ειδικά εργαλεία, καθώς οι ίνες είναι επιρρεπείς σε φθορά ή σχίσιμο εκτός και αν κοπούν καθαρά καθώς είναι ενσωματωμένες στο εποξειδικό υλικό. Ειδικά τρυπάνια με μανταλάκια και σημεία ουράς ψαριού έχουν αναπτυχθεί για να κόβουν τις ίνες πριν τραβήξουν έξω από την τρυπημένη τρύπα. Ωστόσο, όταν το Kevlar® και τα εποξειδικά τμήματα τοποθετούνται μεταξύ δύο μεταλλικών τμημάτων, μπορούν να χρησιμοποιηθούν τυπικά περιστρεφόμενα τρυπάνια.
II. Εξοπλισμός
Τα πνευματικά εργαλεία χρησιμοποιούνται για τη διάτρηση σύνθετων υλικών. Η ελεύθερη ταχύτητα του κινητήρα του τρυπανιού μπορεί να φτάσει έως και τις 20.000 στροφές ανά λεπτό. Ο γενικός κανόνας για τα σύνθετα υλικά διάτρησης είναι η χρήση υψηλών ταχυτήτων και χαμηλών ρυθμών τροφοδοσίας (πίεση). Ο εξοπλισμός διάτρησης με τροφοδοτικό έλεγχο τροφοδοσίας παράγει ανώτερη ποιότητα οπών σε σύγκριση με τους κινητήρες διάτρησης χωρίς αυτόν. Συνιστάται η χρήση οδηγών διάτρησης, ιδιαίτερα για παχύτερα ελάσματα.
Μη χρησιμοποιείτε τυπικά περιστρεφόμενα τρυπάνια για διάτρηση σύνθετων κατασκευών. Ο τυπικός χάλυβας υψηλής-ταχύτητας είναι απαράδεκτος, καθώς θα γίνει αμέσως θαμπό, θα δημιουργήσει υπερβολική θερμότητα και θα προκαλέσει αποκόλληση, σχίσιμο των ινών και απαράδεκτη ποιότητα οπών.
Τα τρυπάνια για ανθρακονήματα και ίνες γυαλιού είναι κατασκευασμένα από-υλικά με επίστρωση διαμαντιού ή στερεό καρβίδιο, επειδή οι ίνες είναι πολύ σκληρές και τα τυπικά τρυπάνια από χάλυβα υψηλής ταχύτητας{{1} (HSS) δεν διαρκούν πολύ.
Τα τρυπάνια στριφογυρίσματος χρησιμοποιούνται συνήθως, αλλά μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν και τρυπάνια Brad point. Οι ίνες Kevlar δεν είναι τόσο σκληρές όσο οι ανθρακονήματα και μπορούν να φιλοξενήσουν τυπικά τρυπάνια HSS. Ωστόσο, η ποιότητα της οπής μπορεί να διακυβευτεί. Ο προτιμώμενος τύπος τρυπανιού είναι το δρεπάνι-σχήμα τρυπάνι Klenk, το οποίο πρώτα εμπλέκει τις ίνες και στη συνέχεια τις κόβει, με αποτέλεσμα καλύτερη ποιότητα οπών. Μεγαλύτερες τρύπες μπορούν να κοπούν χρησιμοποιώντας πριόνια οπών με επίστρωση διαμαντιών- ή μυγοκόπτες, αλλά οι μυγοκόφτες πρέπει να χρησιμοποιούνται μόνο σε πρέσες τρυπανιών και όχι σε κινητήρες τρυπανιών. (Όπως απεικονίζεται στα Σχήματα 85, 86 και 87)
(Εικόνα 85) Τρυπάνι Klenk για διάτρηση Kevlar®
(Εικόνα 86) Εργαλεία διάτρησης και κοπής για σύνθετα υλικά
(Εικόνα 87) Αυτόματη διάτρηση και κοπή
III. Λειτουργικές Διαδικασίες και Προφυλάξεις
Οι σύνθετοι κινητήρες διάτρησης λειτουργούν σε εύρος από 2000 έως 20.000 rpm και χαμηλούς ρυθμούς τροφοδοσίας. Προτιμώνται οι κινητήρες τρυπανιού εξοπλισμένοι με υδραυλικούς θαλάμους τροφοδοσίας ή άλλους τύπους ελέγχου τροφοδοσίας, καθώς περιορίζουν το κύμα του τρυπανιού έξω από το σύνθετο υλικό, μειώνοντας τη ζημιά από τη διάρρηξη και την αποκόλληση. Τα εξαρτήματα που κατασκευάζονται από προϊόντα ταινίας είναι ιδιαίτερα επιρρεπή σε ζημιά από έκρηξη, ενώ τα μέρη που κατασκευάζονται από υλικά υφάσματος είναι λιγότερο επιρρεπή σε αυτό. Οι σύνθετες κατασκευές απαιτούν μεταλλικά φύλλα ή πλάκες ως βάση για να αποφευχθεί η έκρηξη. Οι οπές σε σύνθετες κατασκευές συνήθως ανοίγονται εκ των προτέρων με μια μικρή πιλοτική οπή, στη συνέχεια μεγεθύνονται με ένα τρυπάνι με επίστρωση διαμαντιών-ή με τρυπάνι από καρβίδιο και, τέλος, φτιάχνονται στο τελικό μέγεθος οπής με ένα εξάρτημα καρβιδίου.
Η οπίσθια διάτρηση-είναι ένα ζήτημα που μπορεί να προκύψει όταν τα εποξειδικά μέρη από ανθρακονήματα-συνδυάζονται με μεταλλικά εξαρτήματα υποδομής. Το πίσω άκρο της οπής στο εποξειδικό τμήμα από ανθρακονήματα-μπορεί να διαβρωθεί ή να φθαρεί από μεταλλικά ροκανίδια που τραβήχτηκαν μέσα από το σύνθετο υλικό. Αυτό είναι πιο διαδεδομένο όταν υπάρχουν κενά μεταξύ των εξαρτημάτων ή όταν τα μεταλλικά ροκανίδια είναι γραμμικά και όχι κατακερματισμένα. Η οπίσθια διάτρηση-μπορεί να μετριαστεί προσαρμόζοντας τους ρυθμούς τροφοδοσίας και τις ταχύτητες, τη γεωμετρία του εργαλείου, τη σύσφιξη μερών, την προσθήκη τελικού βελονισμού, τη χρήση τρυπανιών ραμφίσματος ή συνδυασμό αυτών των μεθόδων.
Όταν τρυπάτε σύνθετα μέρη σε συνδυασμό με μεταλλικά μέρη, το μεταλλικό τμήμα μπορεί να υπαγορεύσει την ταχύτητα διάτρησης. Για παράδειγμα, αν και το τιτάνιο είναι συμβατό με εποξειδικά υλικά από ανθρακονήματα-από άποψη διάβρωσης, για να αποφευχθεί η μεταλλουργική ζημιά στο τιτάνιο, η ταχύτητα διάτρησης πρέπει να μειωθεί. Τα κράματα τιτανίου τρυπούνται σε χαμηλές ταχύτητες με υψηλούς ρυθμούς τροφοδοσίας. Τρυπάνια κατάλληλα για τιτάνιο μπορεί να μην είναι κατάλληλα για ανθρακονήματα ή ίνες γυαλιού. Τα τρυπάνια για τιτάνιο είναι συνήθως κατασκευασμένα από κοβάλτιο-βανάδιο, ενώ τα τρυπάνια για ανθρακονήματα είναι κατασκευασμένα από καρβίδιο ή διαμάντι-επικαλυμμένα για να ενισχύσουν τη διάρκεια ζωής του τρυπανιού και να δημιουργήσουν ακριβείς τρύπες. Τα τρυπάνια HSS μικρής διαμέτρου, όπως ένα τρυπάνι #40, χρησιμοποιούνται συνήθως για χειροκίνητη διάνοιξη πιλοτικών οπών λόγω του σχετικά χαμηλού κόστους τους, αντισταθμίζοντας την περιορισμένη διάρκεια ζωής τους. Τα τρυπάνια HSS είναι κατάλληλα μόνο για μία μόνο τρύπα.
Το πιο συνηθισμένο πρόβλημα με τη χρήση εργαλείων από καρβίδιο στις εργασίες διάτρησης με το χέρι είναι η ζημιά του εργαλείου, (συγκεκριμένα θρυμματισμός άκρων). Ένα κοφτερό τρυπάνι με αργή και σταθερή τροφοδοσία μπορεί να δημιουργήσει οπές με ανοχή 0,1 mm (0,004 ίντσες) μέσω εποξειδικών ινών άνθρακα- και λεπτού αλουμινίου, ειδικά όταν χρησιμοποιείτε οδηγό τρυπανιού. Τα σκληρά εργαλεία μπορούν να διατηρήσουν αυστηρότερες ανοχές. Όταν η δομή κάτω από την εποξειδική ίνα-ανθράκων είναι τιτάνιο, το τρυπάνι μπορεί να τραβήξει τσιπς τιτανίου μέσα από το εποξειδικό ανθρακονήματα-, διευρύνοντας την οπή. Σε τέτοιες περιπτώσεις, μπορεί να είναι απαραίτητη μια τελική εργασία αναρρόφησης για να διατηρηθεί η ανοχή διαμέτρου οπής. Οι τρύπες σε εποξειδικές σύνθετες δομές από ίνες άνθρακα{10}}προϋποθέτουν καρβίδια. Επιπλέον, όταν ο καθαριστής αφαιρεί διάμετρο μεγαλύτερη από 0,13 mm (0,005 ίντσες), το άκρο εξόδου της οπής απαιτεί επαρκή υποστήριξη για την αποφυγή ρωγμών και αποκόλλησης. Η στήριξη μπορεί να παρέχεται από την υποδομή ή μια πλάκα στερεωμένη στην πίσω επιφάνεια. Οι τυπικές ταχύτητες διάτρησης είναι περίπου οι μισές από τις ταχύτητες διάτρησης.
Τα υγρά κοπής γενικά δεν χρησιμοποιούνται ούτε συνιστώνται για διάτρηση λεπτών (πάχους λιγότερο από 6,3 mm ή 0,25 ίντσες) εποξειδικών δομών από ανθρακονήματα{2}. Η χρήση κενού κατά τη διάτρηση σύνθετων υλικών είναι μια καλή πρακτική για να αποφευχθεί η ελεύθερη αιώρηση της σκόνης άνθρακα στην περιοχή εργασίας.
IV. Γεώτρηση
Όταν πρόκειται να εγκατασταθούν χωνευτοί συνδετήρες σε συγκροτήματα, απαιτείται αντίθετη διάτρηση για σύνθετες κατασκευές. Για μεταλλικές κατασκευές, οι συνδετήρες κεφαλής διάτμησης ή τάσης 100 μοιρών είναι τυπικές μέθοδοι. Στις σύνθετες κατασκευές, υπάρχουν δύο συνήθως χρησιμοποιούμενοι τύποι συνδετήρων: συνδετήρες κεφαλής τάνυσης 100 μοιρών ή συνδετήρες κεφαλής τάσης 130 μοιρών. Το πλεονέκτημα της κεφαλής 130 μοιρών είναι ότι η διάμετρος της κεφαλής στερέωσης μπορεί να είναι ίδια με αυτή ενός συνδετήρα κεφαλής τάσης 100 μοιρών, ενώ το βάθος της κεφαλής είναι το ίδιο με εκείνο ενός συνδετήρα κεφαλής διάτμησης 100 μοιρών. Για χωνευτούς συνδετήρες σε σύνθετα μέρη, συνιστάται να σχεδιάζετε το εργαλείο αντίθετης διάτρησης με ελεγχόμενη ακτίνα μεταξύ της οπής και της αντίθετης οπής, ώστε να προσαρμόζεται η κεφαλή{10}}για να{11}}αναδιπλώνεται η ακτίνα φιλέτου στον συνδετήρα. Επιπλέον, μπορεί να απαιτούνται εργασίες λοξοτομής ή ροδέλες για την παροχή επαρκούς διάκενου για τους συνδετήρες κεφαλής που προεξέχουν. Ανεξάρτητα από τον τύπο της κεφαλής που χρησιμοποιείται, στη σύνθετη δομή πρέπει να προετοιμαστεί μια αντίστοιχη πάγκο ή λοξότμηση.
Τα εργαλεία καρβιδίου χρησιμοποιούνται για την παραγωγή πάγκων σε εποξειδικές δομές από ανθρακονήματα{{0}. Αυτοί οι κόφτες αντιβυθίσματος έχουν συνήθως ίσια φλάουτα παρόμοια με αυτά που χρησιμοποιούνται σε μέταλλα. Για εποξειδικά σύνθετα υλικά από ίνες Kevlar-, χρησιμοποιείται ένας αυλός κοπής θετικής τσουγκράνας σε σχήμα S-. Εάν χρησιμοποιούνται ίσιοι κόφτες φλάουτου ή αντιβυθίσματος, μπορεί να εφαρμοστεί μια ειδική παχιά κολλητική ταινία στην επιφάνεια για τον καθαρισμό των κομμένων ινών Kevlar, αλλά αυτό είναι λιγότερο αποτελεσματικό από έναν κόφτη φλάουτου σε σχήμα S-. Συνιστάται ένα πιλοτικό εργαλείο αντιβύθισης, καθώς εξασφαλίζει καλύτερη ομοκεντρικότητα μεταξύ της οπής και της βαλβίδας και μειώνει την πιθανότητα κενών κάτω από τον συνδετήρα λόγω ασυμμετρίας ή αποκόλλησης του εξαρτήματος.
Χρησιμοποιήστε ένα μικρό-μετρητή πάγκου για να δημιουργήσετε σταθερές αντίθετες οπές. Μην βυθίζετε βαθύτερα από το 70% του βάθους του επιφανειακού στρώματος, καθώς οι βαθύτερες βυθίσεις μπορούν να μειώσουν την αντοχή του υλικού. Όταν χρησιμοποιείτε ένα πιλοτικό εργαλείο αντιβύθισης, είναι απαραίτητο να ελέγχετε τακτικά τον πιλότο για φθορά, καθώς η φθορά μπορεί να οδηγήσει σε μειωμένη ομοκεντρικότητα μεταξύ της οπής και του εργαλείου αντιβύθισης. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για εργαλεία αντιβύθισης με μία μόνο κοπτική άκρη. Για τα δόντια κοπής πιλότου, τοποθετήστε τον πιλότο στην οπή και ρυθμίστε τα δόντια κοπής στο μέγιστο RPM πριν ξεκινήσετε την τροφοδοσία των δοντιών κοπής στην οπή και προετοιμαστείτε για την κοπή με αντιβυθιστή. Εάν τα δόντια κοπής έρθουν σε επαφή με το σύνθετο υλικό πριν από την ενεργοποίηση του κινητήρα του τρυπανιού, ενδέχεται να δημιουργηθούν υπολείμματα.
V. Διαδικασίες κοπής και προφυλάξεις
Τα εργαλεία κοπής που έχουν σχεδιαστεί για μέταλλα είτε έχουν μικρή διάρκεια ζωής είτε παράγουν κακές ακμές κοπής όταν χρησιμοποιούνται σε σύνθετα υλικά. Τα εργαλεία που χρησιμοποιούνται για σύνθετα υλικά ποικίλλουν ανάλογα με το σύνθετο υλικό που κόβεται. Ο γενικός κανόνας για την κοπή σύνθετων υλικών είναι η υψηλή ταχύτητα με αργή τροφοδοσία.
Πλαστικά ενισχυμένα με ανθρακονήματα (CFRP): Οι ίνες άνθρακα είναι εξαιρετικά σκληρές και τα-εργαλεία από χάλυβα υψηλής ταχύτητας φθείρονται γρήγορα. Για τις περισσότερες εργασίες κοπής και κοπής, οι λεπίδες με διαμάντι είναι η καλύτερη επιλογή. Η λείανση μπορεί να γίνει με γυαλόχαρτο αλουμίνας ή καρβιδίου του πυριτίου ή λειαντικό ύφασμα. Το καρβίδιο του πυριτίου έχει μεγαλύτερη διάρκεια ζωής από την αλουμίνα. Τα κομμάτια δρομολογητή μπορούν επίσης να είναι κατασκευασμένα από στερεό καρβίδιο ή με επίστρωση διαμαντιών-.
Πλαστικά ενισχυμένα με ίνες γυαλιού (GFRP): Οι ίνες γυαλιού είναι τόσο σκληρές όσο οι ίνες άνθρακα και τα εργαλεία από χάλυβα υψηλής ταχύτητας φθείρονται γρήγορα όταν χρησιμοποιούνται σε αυτές. Η διάνοιξη οπών σε ίνες γυαλιού θα πρέπει να γίνεται χρησιμοποιώντας τον ίδιο τύπο και το ίδιο υλικό τρυπανιών με αυτά που χρησιμοποιούνται για τις ίνες άνθρακα.
Πλαστικά ενισχυμένα με ίνες αραμιδίου (Kevlar®): Οι ίνες αραμιδίου δεν είναι τόσο σκληρές όσο οι ίνες άνθρακα και γυαλιού και μπορούν να χρησιμοποιηθούν εργαλεία κατασκευασμένα από-χάλυβα υψηλής ταχύτητας. Για να αποτρέψετε τη χαλάρωση των ινών στις άκρες των σύνθετων υλικών αραμιδίου, κρατήστε το εξάρτημα σταθερά πριν το κούρεμα. Τα σύνθετα αραμίδια πρέπει να υποστηρίζονται με πλαστική πλάκα στήριξης. Το αραμίδιο και η πλάκα στήριξης πρέπει να κοπούν ταυτόχρονα. Η καλύτερη μέθοδος κοπής για τις ίνες αραμιδίου είναι πρώτα να τεντωθούν και μετά να τεμαχιστούν. Υπάρχει ένας ειδικά διαμορφωμένος κόφτης που μπορεί να πιάσει τις ίνες και στη συνέχεια να τις κόψει. Όταν χρησιμοποιείτε ψαλίδι για την κοπή υφάσματος ή προεμποτισμού Kevlar, πρέπει να υπάρχει η μία πλευρά με λεπίδες κοπής και η άλλη πλευρά με οδοντωτές ή αυλακωμένες επιφάνειες. Αυτές οι οδοντώσεις εμποδίζουν το υλικό να γλιστρήσει. Χρησιμοποιείτε πάντα αιχμηρές λεπίδες, καθώς μπορούν να μειώσουν τη ζημιά στις ίνες. Μετά τη χρήση, φροντίστε να καθαρίσετε αμέσως τις οδοντώσεις του ψαλιδιού για να αποφύγετε ζημιές από μη σκληρυνθείσα ρητίνη.
Όταν χρησιμοποιείτε εργαλεία και εξοπλισμό, να φοράτε πάντα γυαλιά ασφαλείας και άλλο προστατευτικό εξοπλισμό.
VI. Εξοπλισμός κοπής
Το πριονοκορδέλα είναι ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος εξοπλισμός σε εργαστήρια συντήρησης για την κοπή σύνθετων υλικών. Συνιστάται η χρήση λεπίδων με-επικάλυψη με καρβίδιο ή διαμάντι- χωρίς δόντια. Οι τυπικές οδοντωτές λεπίδες δεν θα διαρκέσουν πολύ εάν χρησιμοποιούνται για την κοπή ανθρακονημάτων ή ινών γυαλιού. Όπως φαίνεται στο [Εικόνα 88], πνευματικά και χειροκίνητα εργαλεία όπως δρομολογητές, πριόνια με τρυπήματα, μύλοι και τροχοί κοπής μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κοπή σύνθετων εξαρτημάτων. Τα εργαλεία με-επικάλυψη καρβιδίου ή διαμάντι- παρέχουν καλύτερο φινίρισμα και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής. Οι επαγγελματικές επιλογές περιλαμβάνουν μηχανές κοπής υπερήχων, εκτόξευσης νερού και λέιζερ. Αυτοί οι τύποι εξοπλισμού ελέγχονται αριθμητικά (NC) και παράγουν ανώτερη ποιότητα ακμών και οπών. Οι μηχανές κοπής υδροβολής δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε κυψελοειδή κατασκευές καθώς εισάγουν νερό στα εξαρτήματα. Μην κόβετε ποτέ τίποτα σε εξοπλισμό που προορίζεται για σύνθετα υλικά, καθώς άλλα υλικά μπορεί να μολύνουν τα σύνθετα.
(Εικόνα 88) Πριονοκορδέλα
Τα προεμποτίσματα μπορούν να κοπούν χρησιμοποιώντας τραπέζι κοπής Gerber (CNC). Η χρήση αυτού του εξοπλισμού επιταχύνει τη διαδικασία κοπής και βελτιστοποιεί τη χρήση του υλικού. Το λογισμικό σχεδίασης μπορεί να υπολογίσει πώς να κόψετε στρώματα πολύπλοκων σχημάτων. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 89:
:
(Εικόνα 89) Τραπέζι κοπής Gerber
Συνέχεια
Πηγή Δημόσιος ιστότοπος "Composites Frontier".