Dokładne cięcie i gładka krawędź

Preview
SME
Reklama
Reklama

Współczesne kompozyty mogą być równie twarde i sztywne jak stal lub tak elastyczne jak guma, a mimo to zachowują odporność na duże naprężenia. Właściwości powodujące twardość tych materiałów utrudniają jednak cięcie, a nowe kombinacje materiałów są wyzwaniem dla tradycyjnych metod obróbki. Doświadczenie pokazuje jednakże, że najlepszymi technikami cięcia kompozytów są cięcie laserowe oraz strumieniem wody.

W przemyśle zastosowanie znajduje przynajmniej kilka rodzajów kompozytów. Wśród nich są kompozyty strukturalne, w których występują ciągłe struktury komponentów konstrukcyjnych tzn. warstwy (np. sklejka), pręty (np. żelbet) lub regularne struktury trójwymiarowe np. przypominające plaster miodu. Kompozytem są również laminaty składające się z włókien zatopionych w lepiszczach. W tym przypadku w zależności od sposobu uporządkowania włókien rozróżnia się taśmy kompozytowe, gdzie włókna ułożone są w jednym kierunku, lub maty kompozytowe, w których włókna układa się w prostopadłych kierunkach. Innymi formami kompozytów są mikro- i nanokompozyty, w których regularna struktura dwóch lub więcej składników jest zorganizowana już na poziomie nadcząsteczkowym. Takie kompozyty występują w organizmach naturalnych, takich jak np. drewno stanowiące rodzaj mikrokompozytu. W jego skład wchodzą zorganizowane w skręcone pęczki włókna celulozowe, „sklejone” ligniną. Mówiąc o rodzajach kompozytów, należy mieć na uwadze stopy strukturalne. Są one rodzajem stopów metali, metali z niemetalami, polimerów między sobą oraz polimerów z metalami i niemetalami o bardzo regularnej mikrostrukturze. Za przykład takiego kompozytu można uznać stal damasceńską i duraluminium.

Jedną z form obróbki kompozytów jest cięcie. Ponieważ materiały kompozytowe nie są jednorodne, są często dodatkowo wzmacniane w celu zwiększenia ich wytrzymałości, przez co cięcie materiałów kompozytowych wymaga innego podejścia niż cięcie np. ceramiki czy metalu. Przy stosowaniu tradycyjnych technik obróbki i narzędzi tnących następuje szybkie ich zużycie powodujące konieczność częstej wymiany. Zastosowanie metod używanych do cięcia granitu i tytanu może zmniejszyć wytrzymałość kompozytu i/lub wywołać jego rozwarstwienie, powodując pogorszenie właściwości użytkowych w takich wyrobach, jak samoloty i urządzenia medyczne. [1] Konwencjonalne metody cięcia, takie jak ręczne strugi z diamentów lub węglików spiekanych, piły taśmowe, obcinarki i tarcze ścierne powodowały uszkodzenie materiałów kompozytowych na skutek rozgrzania, postrzępienie lub rozwarstwienie krawędzi. Ponadto te metody umożliwiały tylko bardzo powolne cięcie pojedynczych części. Ze względu na częste rozwarstwianie i strzępienie konieczne były kosztowne przeróbki. Są jednak metody, które nie powodują tego rodzaju uszkodzeń i dają gładką krawędź oraz minimalne ilości odpadów. Mowa o cięciu wodą i laserem.

Reklama

Cięcie strumieniem wody
Cięcie kompozytów za pomocą strumienia wody ma co najmniej kilka zalet. Przede wszystkim zwraca się uwagę na brak szkodliwych pyłów oraz oparów. Równie istotna pozostaje wyjątkowo wysoka jakość obrabianych obszarów. Kluczową rolę odgrywa zmniejszona do minimum ilość odpadów ze względu na szczelinę obróbkową o niewielkich rozmiarach. Podczas cięcia strumieniem wody nie powstają zniekształcenia, do których może dojść przy technologiach cięcia, w których wytwarza się wysoka temperatura. Zaletą jest również wysoki stopień automatyzacji urządzeń obrabiających oraz na możliwość ich pracy ciągłej.

Wycinanie za pomocą strumienia wody jest jedyną techniką, która pozwala na skuteczną obróbkę materiałów kruchych. Cechują ją niskie koszty procesu obróbki oraz możliwość pracy z materiałami o wysokiej sztywności, takimi jak guma czy też skóra.

Skuteczność cięcia kompozytów za pomocą strumienia wody zależy od rodzaju materiału. W przypadku gdy kompozyt ma odznaczające się warstwy, efektywność cięcia jest zależna od kolejności warstw. Szczególnie chodzi o twardość poszczególnych warstw oraz rodzaj ich połączenia. Problemy z cięciem wodą mogą wystąpić w przypadku gdy połączone są warstwy bardzo miękkie z twardymi. Wraz ze wzrostem różnicy twardości pomiędzy warstwami rośnie poziom trudności cięcia wodą. Jeżeli kompozyty mają dwie warstwy cięcie będzie skuteczne przy ułożenia materiału na stole twardszą warstwą do góry.  

Powiązane firmy

Reklama

Cięcie laserem
Jako zaletę cięcia laserem kompozytów należy wymienić przede wszystkim fakt, że wycinane elementy w większości przypadków są gotowe do zastosowania lub instalacji bez konieczności wykonywania dodatkowej obróbki. Kluczową rolę odgrywa bardzo wąski obszar oddziaływania termicznego będący skutkiem wysokiej koncentracji wiązki lasera, co ogranicza do minimum wpływ promienia i wytwarzanej przez niego temperatury przy niezmienionej właściwości i strukturze materiału.Należy podkreślić minimalizację odpadów dzięki możliwości optymalnego zaprojektowania ścieżki cięcia i rozmieszczenia wycinanych elementów dla zwiększenia stopnia wykorzystania materiału. Kolejną zaletą jest powtarzalność procesu oraz brak fizycznego kontaktu głowicy tnącej, dzięki czemu nie ulega ona zużyciu podczas eksploatacji. Warto zwrócić uwagę na możliwość szybkiego wdrożenia produkcji wielkoseryjnej i małoseryjnej poprzez łatwe wprowadzenie danych oraz zmiany ustawień do obrabiarki. Np. w przypadku kevlaru, czyli kompozytowego materiału organicznego, o grubości 3,2 mm prędkość cięcia wynosi 6,35 m/min przy mocy wiązki 400 W. Gazem towarzyszącym jest powietrze. Z kolei jeżeli kevlar ma grubość 6,4 mm, prędkość cięcia jest taka sama, ale trzeba zastosować większą moc wiązki wynoszącą 1500 W.

Za pomocą lasera najczęściej cięte są materiały kompozytowe o grubości od 1-8 mm. W przypadku materiałów, które przekraczają tę grubość warto zastosować cięcie strumieniem wody.  

 

LITERATURA
[1] Cięcie materiałów kompozytowych strumieniem wody, www. kimla.pl 

Reklama

Tagi artykułu

Zobacz również

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama