Ведущие эксперты связывают перспективы развития новой техники с широким использованием композицитных материалов (КМ), уникальность свойств которых позволяет во многих случаях значительно повысить эксплуатационные характеристики конструкций изделий, а также снизить трудоемкость и материалоемкость их изготовления.

Рис. 1 Твердосплавные фрезы GARANT для обработки волокнистых композитов

В настоящее время наибольшее распространение получили композиты с полимерной матрицей (КПМ),также известны как полимеры, армированные волокнами (ВПМ). В качестве матрицы для этих материалов используются смолы на основе полимеров, в качестве армирующих элементов – различные волокна: стеклянные, углеродные, органические.

В отдельную группу можно выделить гибридные композиты, состоящие из пластиков, армированных волокном, и листов металла (титан, алюминий). Подобные композиты чаще всего встречаются в авиастроении, наиболее распространёнными являются ячеистые композитные материалы (сотовые панели).  
В автомобилестроении набирают популярность композиты с металло-керамической матрицей (MMC), в которых связующим материалом является металл, преимущественно алюминий или магний, а армирующимэлементом - керамические частицы.

Особенности механической обработки композитных материалов не позволяют напрямую эффективно использовать накопленный опыт и рекомендации по обработке резанием металлов и требуют новых технологических решений.

Hoffmann Group, европейский лидер в области комплексных поставок профессионального инструмента, совместно с ведущим инженерным центром

Германии институтом им. Фраунхофера IWU на протяжении последних лет интенсивно занималась изучением новых материалов и разработкой методов их обработки. Благодаря этому сотрудничеству был разработан целый ряд специализированных высокопроизводительных режущих инструментов GARANT
.
Обработка композитных материалов на базе углеродного волокна

Детали из пластиков, армированных углеродным волокном, состоят из определяющих их прочность высокотвёрдых термостойких волокон (армирующая составляющая) на углеродной основе, которые укладываются в вязкую матрицу, обладающую низкой термостойкостью. При этом различные углеродные волокна могут соединяться с полимерными матрицами самым различным образом. Это приводит к многообразию комбинаций материалов с подчас значительно отличающимися друг от друга свойствами. Эти материалы обозначаются аббревиатурой CFK.

Пластики, армированные углеродным волокном, применяются в первую очередь в авиационной промышленности (например, для вертикального оперения, распорок, аэродинамических тормозных устройств) или в машиностроении, где выдвигаются такие требования, как пониженная инерция массы или оптимальная демпфирующая способность (динамические компоненты машинного оборудования). Другой областью применения этих материалов является спорт и сфера досуга (например, они используются при изготовлении теннисных ракеток, досок для сёрфинга, велосипедных рам).

Для черновой обработки можно использовать различные роутеры (артикулы №209410 - 209445), данный тип инструмента имеет разнонаправленные зубья и в зависимости от конструкции может удалять стружку как вверх (правая спираль),  так и вниз (левая спираль).  Чистой и точной кромки при резании углепластика можно добиться, например, с помощью твердосплавной фрезы с алмазным покрытием GARANT (артикул №209515). Особая форма режущей кромки данной фрезы позволяет обрезать листовой углепластик без образования заусенцев на нижней и верхней кромках. Расслоению материала препятствует специальная вогнутая форма режущей кромки. Скорости резания при этом находятся в диапазоне от 150 до 350 м/мин, подача от 0,06 до 0,1 мм/зуб.

Помимо лезвийного режущего инструмента для черновой обработки армированных углеродным волокном пластиков применяется алмазный абразивный инструмент. Как известно, алмаз считается самым твёрдым инструментальным материалом и данное свойство обуславливает крайне долгий срок службы такого инструмента.

Инновационный подход к нанесению абразивного материала на основу – методом вакуумной пайки твёрдым припоем (рис. 2б) отличает алмазные шлифовальные головки GARANT (артикул №552750) от стандартных с гальванической металлической связкой (рис. 2а). Благодаря крайне тонкому слою припоя объем выступающего зерна составляет до 70%, что снижает температуру шлифования и склонность к засаливанию, а применение абразива крупной фракции D427 значительно повышает производительность съема материала. Отдельное внимание следует обратить на тот факт, что данные шлифовальные головки предназначены как для установки на промышленные роботы и шлифовальные станки с ЧПУ, так и для использования с ручным механизированным инструментом, что позволяет осуществлять любые операции по обработке кромок и контуров.

Обработка композитных материалов на основе металло-керамической матрицы

   Область применения высокопрочных легкосплавных компонентов – в первую очередь на основе алюминия, а также магния и титана – постоянно растет. Применение легкосплавных компонентов в автомобильной промышленности обусловлено стремлением к снижению общего веса конструкции, которое в конечном итоге позволяет сократить расход топлива и уровень выбросов вредных веществ в окружающую среду. Тем не менее, применение легкосплавных компонентов ограничено в тех областях, где они должны выдерживать высокие трибологические, механические или термических нагрузки. Эти недостатки могут быть устранены при одновременном сохранении низкого веса компонентов с помощью целенаправленного и в некоторых случаях частичного усиления металла керамическими частицами

Металлокерамические композиты находят широкое применение при изготовлении гильз цилиндров в двигателях (трибологические характеристики), опорных диски тормозных колодок (вес), подшипников (тепловое расширение), тормозных дисков (трибологические характеристики), спортивных товаров, таких как, например, теннисные ракетки, и теплопоглотителей в электронике.

При обработке подобных материалов основная сложность заключается в высокой твердости армирующих керамических элементов. Использование инструмента из твердого сплава в данном случае практически невозможно, и необходимо применение инструментов из сверхтвердых материалов, таких как поликристаллический алмаз (ПКА) и кубический нитрид бора (КНБ).

Специально для обработки подобных композитов были разработаны токарная и фрезерная линейки инструмента GARANT.

Сменные многогранные токарные пластины GARANT с напайным поликристаллическим алмазом (артикулы №265800 – 265897) специально предназначены для черновой и чистовой обработки высокоабразивных литейных алюминиевых сплавов и ММС. Сформированный лазером стружколом обеспечивает дополнительное стружколомание.
Для фрезерной обработки разработаны концевые фрезы GARANT(артикулы №209610 – 209666) c напайными пластинами из ПКА. Фрезы представлены в различных вариантах исполнения – концевые, с тороидальным торцом и радиусные, и в зависимости от поставленной задачи могут изготавливаться как в нейтральном исполнении, так и с удалением стружки вверх или вниз. Фрезы могут быть изготовлены по желанию заказчика в диапазоне рабочих диаметров от 2,95 до 17,1 мм с шагом 0,01 мм.

Hoffmann Group, одна из немногих компаний на рынке, предлагает полную линейку инструментадля обработки различных типов композитных материалов и дает подробные рекомендации по выбору оптимальных режимов для их обработки.

Начиная с января 2017 года пользователям электронного сервиса GARANT ToolScout (www.toolscout.com) стала доступна возможность подбора инструмента для обработки практически всех групп композитных материалов и пластиков. База конструкционных материалов была значительно расширена, а также были добавлены новинки специализированного инструмента.
В пошаговом режиме, после выбора операции и обрабатываемого материала, система подбирает подходящий инструмент и выдает рекомендации по режимам резания.

Получить подробную информацию об этих и многих других продуктах и сервисах GARANT можно на сайте Hoffmann Group (www.hoffmann-group.com).

В центральном офисе ЗАО «Хоффманн Профессиональный Инструмент» или у наших представителей в регионах России Вы сможете заказать уникальный каталог HOFFMANN GROUP.