Kompositbearbetning kräver rätta verktyg och processer
Faktum är att varje nytt kompositmaterial som kommer in i verkstäder kräver olika tillvägagångssätt. Att applicera verktyg och processer för det snabbväxande kompositområdet är en utmaning som bör angripas med dedikerade skärande verktyg och bearbetningsstrategier. Skärande bearbetning av kompositer är något helt annat än att bearbeta metaller, dessutom skiljer sig ofta bearbetningsegenskaperna hos olika kompositer en hel del. Det finns också många flera olika kompositmaterial än det finns metaller. Detta skapar utmaningar för verkstäder som ska börja tillverka kompositkomponenter, men även för verkstäder som redan har börjat arbeta med kompositer. Skärverkan i kompositmaterial skiljer sig från den i metaller på så sätt att eggarna inte avverkar spån genom skjuvning, som är fallet med de flesta metaller. Eggen bryter loss det kompositmaterial som ska avverkas. Samtidigt skär eggen ofta i epoxiharts och bryter eller skär fibrer. Den generella principen för bearbetning av kompositer går ut på att använda vassa eggar med tillräckligt mellanrum för att ge ett rent snitt och minimera verktygets tendens att nöta mot arbetsstycket. Verktygsförslitningen måste minimeras, eftersom även små geometriska förändringar i eggen kan ge upphov till kraftig värmeutveckling och eggnedbrytning. Om detta inte hanteras påverkas den så viktiga kvalitetsnivån direkt. När olika verktygsgeometrier behövs för att motsvara kompositmaterialens olika egenskaper är det alltid lika viktigt att eggarna skär lätt, så att de axiella krafterna blir låga. För att uppnå tillräcklig nivå på prestanda, säkerhet och resultat krävs oftast individuella processer för att anpassa och optimera aktuella operationer och kompositmaterial. En ekonomisk beräkning bör avgöra vilken lösning som är bäst i situationer där avverkningshastigheten är viktig, men inte alltid den primära faktorn. Hål- och kantkvalitet i kombination med acceptabel hålkostnad och kostnad per meter påverkar produktiviteten extra mycket inom kompositbearbetning. Den yta som går att åstadkomma med en enda operation minskar eller t.o.m. eliminerar behovet av kompletterande operationer är en viktig faktor. Detta ökar verktygslivslängden och produktiviteten. Området kompositbearbetning befinner sig i ständig utveckling och det är mycket viktigt med dedikerade verktyg för varje komposit och komponents kvalitetskrav. Vidare är det viktigt att etablera rätt parametrar för aktuella operationer och att få rätt uppspänning. Efter hand som slag- och värmehållfastheten förbättras i kompositmaterial måste bearbetningstekniken utvecklas. Borrning är den vanligaste förekommande typ av kompositbearbetning och är särskilt utmanande eftersom materialet kan splittras eller till och med klyvas till separata skikt (delaminering) speciellt då borren äntrar och lämnar hålet. För att få önskad ytjämnhet i hål krävs då extra uppmärksamhet på skärverkan i fiberskikt och sammanhållande matris samt ytorna vid in och utgång. Speciella verktyg, med spetsar eller beläggning i polykristallin diamant (PCD) har högst verktygslivslängd eftersom diamant klarar förslitningsinverkan från kolfiber och även ingående metallkombinationer (stacks) - där titan och aluminium oftast ingår. På en del kompositkomponenter ställs även ofta höga krav på planbearbetade ytor med exakta mått. Här krävs innovativa angreppssätt med vändskärsverktyg eller diamantbelagda verktyg i massiv hårdmetall. Fräsar med PCD-eggar är lösningen vid de flesta fräsningsoperationer, där "vein-PCD" och "brazed PCD"-verktyg konstrueras med olika lösningar för att uppfylla aktuella tillämpningskrav. Ett exempel på förbättringar är att uppnå en bättre ytjämnhet genom att tillämpa en viss egg-geometri på bästa möjliga sätt där även stofttransport är inkluderat för att minska tendenserna till splittring och fragmentering. En komposit är en kombination av två material med olika egenskaper, som tillsammans ger ett nytt material med en specifik egenskap. Vanligt är att fibrer, strån, partiklar eller vävt material bäddas in i en matris och ökar styvheten och hållfastheten. Strukturkompositer tillverkas av laminat eller sandwichskikt. En laminär komposit består av ett antal skikt ovanpå varandra med bindemedel emellan. Skikten har olika orientering för att ge hållfasthet i alla riktningar. Huvudmaterialen i matrisen är organiska material, metaller och keramer. Armeringen kan bestå av en kontinuerlig eller diskontinuerlig struktur av kol eller något oorganiskt material. Plastkompositer som armerats med kolfiber, aramidfiber och kol-aramidfiber är vanligt förekommande i flygplanskroppar. Fibrerna binds i matrismaterialet, som kan vara en epoxiharts. Antalet tillämpningar för kompositer ökar snabbt, vilket gör att utvecklingsarbetet inom kompositer också är intensivt. . Sandvik Coromant har utvecklat ett program av verktyg för kompositbearbetning och erbjuder lösningar i nära samarbete med Precorp i USA, som är ett etablerat specialistföretag inom avancerad kompositbearbetning. Att även etablera rätt bearbetningsprocess och att optimera denna är en viktig del av erbjudandet till kunder som har komposittillverkning. En serie nya dedikerade borr- och fräsverktyg ger högre prestanda vid bearbetning av kompositmaterial. Hårdmetallborrar med diamantbeläggning har tagits fram för en bred tillämpning. Ett intressant område är "vein-PCD-teknik", där ådror av diamant placeras och sintras strategiskt i verktyget. Denna teknik har lett till utvecklingen av flera nya geometrier för att borra hål av hög kvalitet i olika kolfiberarmerade material (CFRP) och i kombination med metallskickt. För fräsning, kantfräsning och trimning av kompositkomponenter erbjuds nya fördelar genom pinnfräsar och planfräsar med speciellt utvecklade PCD-skär, liksom PCD-belagda massiva fräsar. Både standardprodukter och specialutvecklade produkter, rätt applicerade, erbjuder lösningar på de krav och utmaningar man stöter på vid borrning och fräsning i kompositmaterial.