절단 과제:혼합 매트릭스 복합 재료 및 섬유 강화 복합 재료

항공우주 분야에서 혼합 매트릭스 및 섬유 강화 재료를 처음 접하십니까? 다음은 복합 재료로 작업하는 방법에 대한 입문서입니다.

항공 우주를 포함한 많은 산업에서 점점 더 가벼운 부품을 요구함에 따라 언젠가는 CNC 머시닝 센터 앞에 서서 "내가 자르고 있는 이 재료는 무엇입니까?" 하고 생각하게 될 것입니다. 도구는 빨리 마모되고 먼지는 사방으로 흩어지며 가공된 표면은 거칠고 부서지며 종종 금이 갑니다.

복합 재료란 무엇입니까?

Rainer Groh 박사는 "복합 재료는 본질적으로 최상의 특성을 결합하거나 구성 재료 중 어느 것도 자체적으로 달성할 수 없는 새로운 특성 세트를 부여하기 위해 함께 사용되는 두 개 이상의 서로 다른 재료의 조합"이라고 말합니다. 그의 Aerospace Engineering 블로그에서 Bristol 대학의 비선형 구조 연구원입니다.

먼저 복합 재료가 사용되는 이유를 이해하는 것이 좋습니다. 복합 재료가 동시에 가볍고 강하기 때문입니다. 충분히 이해할 수 있을 정도로 간단합니다. 그러나 합성 재료를 자를 때의 악마는 디테일에 있습니다.

American Machinist는 탄소 섬유 강화 폴리머에 대한 기사에서 "매트릭스는 과도한 열로 인해 산화 및 분해되기 쉽고 탄소 섬유는 부드럽게 전단되지 않고 부서지기 때문에 잘 절단되지 않습니다. "복합 재료를 기계로 가공하면 기계로 생성된 열을 거의 방출하지 않는 먼지와 같은 칩을 생성하는 일련의 부서지기 쉬운 탄소 섬유 균열이 발생합니다."

섬유 강화 합성물 대 매트릭스 합성물

플로어 빔, 스태빌라이저 패널, 비행 제어 표면, 도어 및 격벽 - 이들은 오늘날 항공기에서 볼 수 있는 많은 복합재 또는 라미네이트 부품 중 일부에 불과하며 대부분은 다층 복합 금속 복합 샌드위치 또는 벌집형 재료로 만들어집니다. 거친 외부와 거의 종이 같은 구조의 내부.

그러나 항공우주 분야에서 적층 구조가 무엇이든 간에 세라믹, 금속 및 케블라를 포함하여 섬유 강화 복합 재료의 세 가지 등급이 있습니다. 유사하게, 페놀, 폴리에스터 및 에폭시의 세 가지 매트릭스 복합 클래스가 있습니다. 이러한 재료는 가공하기가 상당히 어려울 수 있지만 약간의 기본 지식과 장비 및 도구에 대한 약간의 투자만 있으면 모두 관리할 수 있습니다.

CFRP(탄소 섬유 강화 플라스틱), MMC(금속 매트릭스 복합 재료), aramid(Kevlar) 또는 이와 유사하게 과학적으로 들리는 수십 개의 이름으로 불리는 복합 재료를 들어보셨을 것입니다. 핵심은 금속 작업과의 차이점을 이해하는 것입니다.

Groh는 “금속 구조에서 복합 재료 구조로의 전환은 항공기 부품의 설계 방법론에 자연스럽게 변화를 가져왔습니다. "복합재료의 기계적 특성이 금속의 기계적 특성과 다를 뿐만 아니라 전체 범위의 물리적 및 화학적 특성이 다르다는 점을 염두에 두어야 합니다."

합성 재료 절단:분진, 탄소 분진 및 여과 시스템

머리를 맴도는 더러운 먼지부터 시작합시다. 당신은 물건을 흡입하고 싶지 않습니다. 일부 응용 분야의 경우 절삭유로 기계를 범람하면 값비싼 CNC 기계를 손상시킬 수 있는 연마 진흙이 생성될 수 있습니다. 일부 복합 재료는 속담처럼 스펀지처럼 물을 흡수하므로 올바른 장비가 없는 경우 냉각수를 적용하면 실제로 공작물이 손상될 수 있습니다. 그러나 다른 복합재 응용 분야에서 절삭유는 먼지를 제어하고 공구 수명을 개선하며 부품 마감을 개선하는 매우 효과적인 방법이 될 수 있습니다.

주의해야 할 또 다른 문제:탄소 섬유 먼지는 특정 상황에서 발화하는 것으로 알려져 있습니다. 심각한 경고는 제쳐두고 솔루션은 충분히 간단합니다. 일상적으로 복합 재료를 절단하는 모든 공장은 가공되는 재료 유형에 적합한 여과 시스템에 투자해야 합니다. 밀폐된 인클로저도 좋은 생각이지만, 먼지를 작업 영역 밖으로 끌어올릴 수 있을 만큼 충분한 진공이 있는 한 문제는 없을 것입니다. 남은 먼지는 Shop-Vac으로 청소할 수 있습니다(필터의 상태가 양호한지 확인하십시오). 다음은 복합 먼지 필터링을 위한 몇 가지 주요 모범 사례입니다.

• 흑연 절단기에서 볼 수 있는 양압 스핀들의 필요성에 대해 기계 대리점에 문의하십시오.
• 어떤 크기와 종류의 여과가 필요한지 재료 공급업체에 확인하십시오(다양한 종류가 있음)
• 또한 부품 청결 요구 사항에 대해 고객에게 확인하십시오. 항공기 제조업체는 일반적으로 가공 부품에 먼지와 이물질(FOD)이 있는지 매우 중요합니다.

복합 재료 절단 도구:HSS 제거

절삭 공구에 관한 한 고속 강철은 잊을 수 있습니다. 복합 재료는 일반적으로 매우 연마성이 있으며 HSS는 강하지만 사포와 같은 절단 재료의 남용을 견딜 수 없습니다. 가공할 부품이 몇 개뿐인 경우 솔리드 카바이드가 작동하지만 매우 날카로운 모서리가 필요합니다(즉, 모든 CVD 및 대부분의 PVD 코팅과 함께 제공되는 미세한 모서리 라운딩 덕분에 코팅이 문제가 되지 않을 수 있음을 의미합니다. ).

기하학도 중요합니다. 금속 절삭 엔드밀과 드릴의 상대적으로 가파른 나선 각도는 대부분의 복합 재료를 박리하는 경향이 있으며, 이는 유리 섬유 조각에 구멍을 뚫을 때 발생하는 것과 유사하게 레이어를 분리하고 재료 무결성을 손상시킵니다. 육안으로 볼 수 있음). 가장 좋은 방법은 목재 또는 플라스틱 가공을 위한 라우터 비트 또는 복합 작업을 위해 특별히 연마된 커터와 같은 중립 또는 역나선 절단 도구입니다.

따라서 드릴 비트의 경우 이중 앵글 포인트(드릴 팁 양쪽에 뾰족한 귀가 있는 배트맨처럼 보임)를 사용하여 돌파 중 힘을 줄이고 파편을 제거하여 출구 표면의 박리를 방지합니다. 또 다른 옵션은 목공에게 익숙한 브래드 포인트 드릴입니다. 또한 중립 레이크 엔드밀 또는 라우터 비트를 사용하여 구멍을 크기에 맞게 삽입할 수도 있습니다.

복합 재료 절단:다이아몬드는 기계공의 가장 친한 친구입니다

생산량이 많거나 모서리 품질이 중요한 경우(일반적으로) 다결정 다이아몬드 팁 공구와 다이아몬드 코팅 공구가 최선의 선택입니다. 브레이즈드 또는 인덱서블 도구는 가장 널리 사용 가능하며 훌륭한 작업을 수행하지만 여기에서도 일부 절단 도구 제조업체는 CFRP 및 기타 복합 재료용으로 특별히 설계된 제품을 제공합니다. 최대 성능이 필요한 곳이면 어디든지 이러한 특정 유형의 절삭 공구를 평가하십시오.

절삭 공구, 이송 및 속도에 대해 어떤 접근 방식을 취하든지 미지의 영역이 될 것입니다. 최상의 결과를 얻으려면 도구 공급업체 및 재료 제조업체에 조언을 요청하고 테스트에 약간의 시간을 할애하고 수행하는 모든 작업을 문서화하십시오.

복합 재료 작업 및 절단을 위한 추가 팁

어설픈 복합 부품을 잡는 것은 어려울 수 있으므로 진공 워크홀딩 또는 광 활성화 접착제를 살펴보십시오. 더위가 문제가 되면 작업 영역에 냉풍기를 조준해 보세요.

다음은 올바른 방향으로 이동하는 데 도움이 되는 몇 가지 추가 복합 포인터입니다.

• 원하는 가공 결과를 얻으려면 특정 방식으로 방향을 지정해야 할 수 있으므로 기본 복합 입자 방향 및 구조를 알고 있어야 합니다.
• 샌드위치 소재는 카바이드 대신 PCD 사용을 무효화할 수 있습니다.
• 기체 구조에서 널리 사용되는 벌집 모양 복합 재료도 다른 플레이북의 대상이 됩니다. 여기에서는 클라임 밀링이 선호되는 접근 방식입니다(복합 재료의 경우에는 그렇지 않은 경우가 많음)

보이 스카우트의 모토를 따르고 준비하는 것이 좋습니다. 합성 가공이 당신의 길을 가고 있습니다.

공장에서 복합 재료로 작업하는 방법은 무엇입니까? 당신의 무서운 이야기를 들려주세요.