I. Bušenje
Bušenje u kompozitnim materijalima značajno se razlikuje od bušenja metalnih konstrukcija aviona. Specijalne bušilice, veće brzine i niže brzine pomaka su neophodne za postizanje preciznih rupa. Strukture sastavljene od karbonskih vlakana i epoksida su izuzetno krute i abrazivne, što zahtijeva upotrebu posebnih ravnih-kanala ili sličnih četvoro-bušilica. Aramidna vlakna (Kevlar®) i epoksidni kompoziti, iako nisu tako čvrsti kao karbonska vlakna, teško ih je bušiti osim ako se ne koristi poseban alat, jer su vlakna sklona habanju ili kidanju osim ako se čisto ne iseku jer su ugrađena u epoksid. Razvijene su posebne bušilice sa vrhovima štipaljki i ribljim repom kako bi se vlakna odvojila prije nego što se izvuku iz izbušene rupe. Međutim, kada su kevlar® i epoksidni dijelovi u sendviču između dva metalna dijela, mogu se koristiti standardne spiralne burgije.
II. Oprema
Pneumatski alati se koriste za bušenje kompozitnih materijala. Slobodna brzina motora bušilice može doseći do 20.000 okretaja u minuti. Opće pravilo za bušenje kompozita je korištenje velikih brzina i niskih brzina pomaka (pritisak). Oprema za bušenje sa električnom kontrolom dodavanja proizvodi superioran kvalitet rupa u poređenju sa motorima za bušenje bez nje. Preporučuje se upotreba vodilica za bušenje, posebno za deblje laminate.
Nemojte koristiti standardne spiralne burgije za bušenje kompozitnih struktura. Standardni brzorezni čelik-je neprihvatljiv jer će odmah postati tup, stvarati pretjeranu toplinu i uzrokovati raslojavanje, kidanje vlakana i neprihvatljiv kvalitet rupa.
Burgije za karbonska vlakna i staklena vlakna su napravljene od materijala -prevučenih dijamantom ili čvrstog karbida jer su vlakna vrlo tvrda i standardna burgija od brzoreznog čelika (HSS) ne traju dugo.
Obično se koriste spiralne burgije, ali se mogu koristiti i Brad point bušilice. Vlakna od kevlara nisu tako tvrda kao karbonska vlakna i mogu primiti standardne HSS bušilice; međutim, kvalitet rupe može biti ugrožen. Preferirani tip burgije je Klenk burgija u obliku srpa-, koja prvo zahvaća vlakna, a zatim ih seče, što rezultira boljim kvalitetom rupe. Veće rupe se mogu rezati pomoću dijamantskih-testera za rupe ili rezača za muhe, ali sekači za muhe treba da se koriste samo na bušilicama, a ne i na motorima za bušenje. (Kao što je ilustrovano na slikama 85, 86 i 87)
(Slika 85) Klenk burgija za bušenje Kevlar®
(Slika 86) Alati za bušenje i rezanje kompozita
(Slika 87) Automatsko bušenje i sečenje
III. Operativni postupci i mjere opreza
Kompozitni motori za bušenje rade u rasponu od 2000 do 20 000 o/min i malim brzinama posmaka. Poželjni su motori za bušenje opremljeni hidrauličnim komorama za dovod ili drugim tipovima kontrole posmaka jer ograničavaju val burgije iz kompozitnog materijala, smanjujući oštećenje od pucanja i raslojavanje. Dijelovi izrađeni od proizvoda od traka posebno su osjetljivi na pucanje, dok su dijelovi od materijala od tkanine tome manje skloni. Kompozitne strukture zahtijevaju metalne limove ili ploče kao podlogu kako bi se izbjeglo pucanje. Rupe u kompozitnim strukturama se obično prethodno -izbuše sa malom probnom rupom, zatim se povećavaju dijamantskim-obloženim svrdlom ili karbidnim svrdlom i na kraju se razvrtaju do konačne veličine rupe pomoću karbidnog razvrtača.
Stražnje{0}}bušenje je problem koji može nastati kada se dijelovi epoksida- od karbonskih vlakana spoje s dijelovima metalne podstrukture. Zadnja ivica rupe u epoksidnom dijelu od karbonskih vlakana- može biti erodirana ili izlizana metalnim strugotinama koje se provlače kroz kompozit. Ovo je češće kada postoje praznine između dijelova ili kada su metalne strugotine linearne, a ne fragmentirane. Povratno-bušenje se može ublažiti podešavanjem pomaka i brzina, geometrije alata, stezanjem dijela, dodavanjem završnog razvrtanja, korištenjem bušilica za bušenje ili kombinacijom ovih metoda.
Prilikom bušenja kompozitnih dijelova u kombinaciji s metalnim dijelovima, metalni dio može diktirati brzinu bušenja. Na primjer, iako je titanijum kompatibilan sa epoksidnim materijalima od ugljičnih vlakana- sa stanovišta korozije, da bi se spriječilo metalurško oštećenje titana, treba smanjiti brzinu bušenja. Legure titana buše se pri malim brzinama uz velike brzine posmaka. Bušilice pogodne za titanijum možda nisu prikladne za karbonska ili staklena vlakna. Bušilice za titanijum su obično napravljene od kobalta-vanadijuma, dok su bušilice za karbonska vlakna napravljene od karbida ili dijamanta-prevučene kako bi se produžio životni vek svrdla i proizvele precizne rupe. HSS burgije malog prečnika, kao što je svrdlo br. 40, obično se koriste za ručno bušenje pilot rupa zbog relativno niske cene, što nadoknađuje njihov ograničeni životni vek. HSS burgije su pogodne samo za jednu rupu.
Najčešći problem pri korištenju alata od tvrdog metala u operacijama ručnog bušenja je oštećenje alata (posebno lomljenje rubova). Oštra burgija sa sporim i konstantnim uvlačenjem može napraviti rupe s tolerancijom od 0,1 mm (0,004 inča) kroz epoksid od ugljičnih vlakana- i tanak aluminij, posebno kada se koristi vodilica za bušenje. Tvrdi alati mogu održavati uže tolerancije. Kada je struktura ispod epoksida od karbonskih vlakana-titanijum, svrdlo može provući strugotine od titanijuma kroz epoksid od ugljeničnih vlakana-, povećavajući rupu. U takvim slučajevima može biti potrebna završna operacija razvrtanja kako bi se održala tolerancija promjera rupe. Rupe u epoksi kompozitnim strukturama od karbonskih vlakana- zahtijevaju karbidne razvrtače. Dodatno, kada razvrtač ukloni više od 0,13 mm (0,005 inča) u prečniku, izlazni kraj rupe zahteva adekvatnu podršku kako bi se sprečilo pucanje i raslojavanje. Podršku može pružiti podkonstrukcija ili ploča pričvršćena na stražnju površinu. Tipične brzine razvrtanja su otprilike polovina brzina bušenja.
Tečnosti za rezanje se generalno ne koriste niti preporučuju za bušenje tankih (manje od 6,3 mm ili 0,25 inča debljine) karbonskih{2}}epoxy struktura. Korištenje vakuuma pri bušenju kompozita je dobra praksa kako bi se izbjegla ugljična prašina koja slobodno lebdi u radnom području.
IV. Bušenje
Kada se pričvršćivači u ravnini trebaju ugraditi u sklopove, potrebno je provrtanje za kompozitne strukture. Za metalne konstrukcije tipične metode su pričvršćivači sa smicanjem ili zateznom glavom od 100 stepeni. U kompozitnim strukturama postoje dvije najčešće korišćene vrste pričvršćivača: pričvršćivači zatezne glave od 100 stepeni ili pričvršćivači zatezne glave od 130 stepeni. Prednost glave od 130 stepeni je u tome što prečnik glave pričvršćivača može biti isti kao kod pričvršćivača zatezne glave od 100 stepeni, dok je dubina glave ista kao kod pričvršćivača sa smičnom glavom od 100 stepeni. Za spojeve u ravnini u kompozitnim dijelovima, preporuča se projektirati alat za izbušivanje s kontroliranim radijusom između rupe i provrta kako bi se prilagodio polumjer glave-do-uglavlja na pričvršćivaču. Dodatno, operacije ikošenja ili podloške mogu biti potrebne kako bi se osigurao adekvatan razmak za pričvršćivače na glavi koji strše. Bez obzira na tip glave koji se koristi, u kompozitnoj strukturi mora se pripremiti odgovarajući udubljenje ili skošenje.
Alati od tvrdog metala se koriste za proizvodnju upuštača u strukturama od karbonskih{0}}epoksidnih vlakana. Ovi glodali za upuštanje obično imaju ravne žljebove slične onima koji se koriste na metalima. Za epoksidne kompozite od kevlarskih vlakana- koristi se žljeb za rezanje s pozitivnim nagibom u obliku slova S-. Ako se koriste ravne glodalice ili glodala za upuštanje, na površinu se može nanijeti specijalna debela ljepljiva traka kako bi se očistila izrezana vlakna kevlara, ali je to manje efikasno od rezača za žljebove u obliku slova S-. Preporučuje se pilot alat za upuštanje jer osigurava bolju koncentričnost između rupe i upuštača i smanjuje mogućnost zazora ispod pričvršćivača zbog asimetrije ili raslojavanja dijela.
Upotrijebite mikro-zaustavljanje mjerač upuštanja za proizvodnju ujednačenih provrta. Nemojte upuštati dublje od 70% dubine površinskog sloja, jer dublja upuštanja mogu smanjiti čvrstoću materijala. Prilikom korištenja alata za upuštanje, neophodno je redovno provjeravati istrošenost pilota, jer trošenje može dovesti do smanjene koncentričnosti između rupe i alata za upuštanje. Ovo se posebno odnosi na alate za upuštanje sa samo jednom oštricom. Za upuštajuće rezne zube, postavite pilot u rupu i podesite rezne zube na maksimalni broj okretaja u minuti prije nego što započnete ubacivanje reznih zuba u rupu i pripremu za rezanje upuštača. Ako rezni zubi dođu u kontakt sa kompozitnim materijalom prije pokretanja motora bušilice, može doći do stvaranja krhotina.
V. Procesi rezanja i mjere opreza
Rezni alati dizajnirani za metale su kratkog vijeka trajanja ili proizvode loše rubove kada se koriste na kompozitima. Alati koji se koriste za kompozite razlikuju se ovisno o kompozitnom materijalu koji se reže. Opšte pravilo za rezanje kompozita je velika brzina sa sporim posmakom.
Plastika ojačana ugljičnim vlaknima (CFRP): Ugljična vlakna su izuzetno tvrda, a alati od brzoreznog čelika{0}}brzo se troše. Za većinu zadataka šišanja i rezanja, oštrice sa dijamantskim zrnom su najbolji izbor. Brušenje se može obaviti brusnim papirom od glinice ili silicijum karbida ili abrazivnom krpom. Silicijum karbid ima duži životni vek od glinice. Bitovi za glodanje također mogu biti izrađeni od čvrstog karbida ili dijamantskog-prevučenog sloja.
Plastika ojačana staklenim vlaknima (GFRP): Staklena vlakna su tvrda kao karbonska vlakna, a alati od brzoreznog čelika{0}}brzo se troše kada se koriste na njima. Bušenje rupa u staklenim vlaknima trebalo bi da se uradi korišćenjem burgija od istog tipa i materijala kao i za karbonska vlakna.
Aramidna (Kevlar®) plastika ojačana vlaknima: Aramidna vlakna nisu tako tvrda kao karbonska i staklena vlakna, a alati napravljeni od brzoreznog čelika- mogu se koristiti. Da biste spriječili labavljenje vlakana na rubovima aramidnih kompozita, čvrsto držite dio prije smicanja. Aramidni kompoziti moraju biti poduprti plastičnom pozadinom. Aramid i podložnu ploču treba rezati istovremeno. Najbolja metoda rezanja aramidnih vlakana je da se prvo zategnu, a zatim srežu. Postoji posebno oblikovan rezač koji može uhvatiti vlakna i zatim ih rezati. Kada koristite makaze za rezanje kevlarske tkanine ili preprega, jedna strana mora biti sa oštricama za rezanje, a druga sa nazubljenim ili žljebljenim površinama. Ovi zupci sprečavaju klizanje materijala. Uvijek koristite oštre oštrice jer one mogu smanjiti oštećenje vlakana. Nakon upotrebe, obavezno odmah očistite zupce na škarama kako biste spriječili oštećenje od nestvrdnute smole.
Kada koristite alate i opremu, uvijek nosite zaštitne naočale i drugu zaštitnu opremu.
VI. Oprema za rezanje
Tračna pila je najčešće korištena oprema u radionicama za održavanje za rezanje kompozita. Preporučuje se upotreba oštrica sa-vrhom od karbida ili dijamantom-bez zubaca. Tipične nazubljene oštrice neće dugo trajati ako se koriste za rezanje karbonskih ili staklenih vlakana. Kao što je prikazano na [Slika 88], pneumatski i ručni alati kao što su glodači, ubodne pile, brusilice i rezni kotači mogu se koristiti za obrezivanje kompozitnih dijelova. Alati sa-vrhom od karbida ili dijamantom-obloženi daju bolju završnu obradu i duži vijek trajanja. Profesionalne opcije uključuju ultrazvučne, vodene i laserske mašine za rezanje. Ove vrste opreme su numerički kontrolisane (NC) i proizvode vrhunski kvalitet ivica i rupa. Mašine za rezanje vodenim mlazom ne mogu se koristiti na strukturama u obliku saća jer unose vodu u dijelove. Nikada nemojte ništa rezati na opremi namijenjenoj kompozitima, jer drugi materijali mogu kontaminirati kompozite.
(Slika 88) Tračna pila
Prepregovi se mogu rezati pomoću (CNC) Gerber stola za rezanje. Upotreba ove opreme ubrzava proces rezanja i optimizuje upotrebu materijala. Softver za dizajn može izračunati kako izrezati slojeve složenih oblika. Kao što je prikazano na slici 89:
:
(Slika 89) Gerber sto za rezanje
Nastavlja se
Izvor Javna web stranica "Composites Frontier".