Inga obehagliga överraskningar vid bearbetning av kompositmaterial

sep 29, 2021 | Borr, Verktyg

Enligt en nyligen utförd undersökning vill en tredjedel av tillverkarna öka investeringarna i automatiseringsverktyg. Men hur ska svårigheterna med att bearbeta kompositmaterial tacklas? I den här artikeln förklarar Aaron Howcroft, Global Product Manager på Sandvik Coromant, hur skärverktyget CoroDrill® 863-O kan hjälpa tillverkarna att tänka om kring bearbetning av kompositmaterial – tack vare kemisk ångdeponering teknologi (CVD).

Krönika: Aaron Howcroft, Global Product Manager på Sandvik Coromant

Vid tillverkning av komponenter för flygindustrin har man, i de flesta fall, tre chanser på sig att borra ett bra hål – därefter är det i stort sett omöjligt att omarbeta hålet inom önskade specifikationer. Det räcker med att något hål går fel – beträffande diameter, ytjämnhet eller delaminering – vid en av de tre chanserna, så måste hela komponenten kasseras. Håltagning är ett riskabelt uppdrag, med tanke på hur dyr en flygplanskomponent kan vara. Det här gäller särskilt vid borrning i kompositmaterial, som ställer nya krav på bearbetningen.

Håltillverkning har blivit en av de vanligaste bearbetningsprocesserna för kompositmaterial. Bearbetning av kompositmaterial, som kan innehålla två eller fler ämnen med olika fysikaliska och kemiska egenskaper, innebär att man kapar, eller ”bryter av”, fibrerna i materialet. Görs det på fel sätt skalas kompositmaterialets skikt bort. Fenomenet kallas för delaminering och är, enligt Sandvik Coromants kunder, den starkast begränsande faktorn i produktionen.

Delaminering försämrar hålkvalitet, repeterbarhet, slutproduktens kvalitet och integritet samt tillverkarens lönsamhet. Jag nämner integritet här, eftersom bättre hålkvalitet är avgörande för att förhindra komponentfel, och hålkvaliteten bestäms i stor utsträckning av vilka tillverkningsprocesser som används för att bearbeta eller finbearbeta hålen.

Mängden värme som genereras vid bearbetning av kompositmaterial har också avgörande betydelse. Materialets dåliga värmeledningsegenskaper och frånvaron av spånor utgör en risk för det harts som håller samman materialets fibrer. Vid bearbetning av kompositmaterial blottläggs alltså svagheter som kanske annars inte har någon större betydelse.

Dessa svagheter blir allt tydligare ju fler kompositmaterial, med varierande förutsägbarhet, som blir tillgängliga på marknaden. Det här gör det till en utmaning att uppnå konkurrenskraftig bearbetning.

Varför förklarar jag det här nu? Jo, eftersom hålkvalitet har blivit viktigare än någonsin, på grund av covid-19. Enligt Euromonitor Internationals undersökning planerar 50 % av företagen att ändra sina digitala strategier. En tredjedel av de som besvarat Euromonitors Voice of the Industry-enkät 2020 svarar att de tänker öka satsningarna på automatiseringsverktyg – korrekt hålborrning måste alltså utföras i obemannade tillverkningsmiljöer.

Det här innebär att tillverkarna måste tänka om kring hur de tar sig an hålborrning i kompositmaterial.

Förutsägbar förslitning

Vi har redan fastställt att hålens ytintegritet är mycket viktigt för tillverkare av flygkomponenter. Vilken roll kan verktygen spela inom det området – och hur kan ett bättre borr förbättra automatiseringsstrategin?

Vi börjar med att titta närmare på vilket resultat tillverkarna eftersträvar. De vill ha hål som har bra, jämn och repeterbar kvalitet. Alla verktyg slits med tiden, men förslitningen måste vara jämn och förutsägbar för alla verktyg i tillverkarens uppsättning.

Jag kan inte nog betona vikten av förutsägbar förslitning. En CNC-maskin programmeras vanligen att dra ut verktyget när något går fel. Om borret då har ojämn livscykel kan, i ett väldigt dåligt men realistiskt scenario, verktygslivslängden förkortas med 50 % för de flesta produkter som köps in. När Sandvik Coromant levererar borr till sina kunder, måste vi kunna garantera att borret kommer att hålla ett förutsägbart antal minuter, oavsett omständigheterna – varje gång!

En bättre konstruktion

Därför har Sandvik Coromant utvecklat högprestandaborret CoroDrill® 863-O för kompositmaterial, inklusive kolfiberförstärkta (CFRP) och glasfiberförstärkta (GFRP) material. Borret har utvecklats med fokus på industrier där kompositmaterial är vanligt förekommande och där man behöver kunna borra mer material per verktyg. Ett exempel är flygindustrin, där kompositmaterial används för att tillverka flygplansskelett och andra delar.

För att utveckla CoroDrill® 863-O, där O:et betyder att verktyget är avsett endast för komposittillämpningar, började vi med att fokusera på det material som inom flygindustrin är mest benäget att delaminera, närmare bestämt ett enkelriktat laminat utan peel-ply eller vävd baksida. Materialet används framför allt till flygplansvingar och flygplanskroppar. Vi kartlade delamineringsförloppet digitalt, för att bestämma exakt hur mycket delaminering som inträffar under verktygens livslängd.

Vi konfigurerade datorsystemet med mycket snäva toleranser, motsvarande den mängd delaminering som kan godtas för ett godtyckligt hål. Baserat på genererade dataresultat kunde vi optimera väsentliga aspekter av borrkonstruktionen, exempelvis helixvinkeln, det vill säga borrets spiralformade spår. Större helixvinkel underlättar spånavgången och bidrar därmed till att minska delamineringen på utgångssidan. Å andra sidan kan en alltför stor helixvinkel göra så att kompositmaterialets skikt separeras på ingångssidan. Det kan resultera i skikt eller fibrer som hänger ut över hålet.

Andra viktiga aspekter av CoroDrill 863-O är profilen och sorten. Kompositmaterial är inte homogena, och när nya typer av material ska bearbetas innebär det unika utmaningar kopplade till materialets tjocklek, sammansättning och så vidare. CoroDrill 863-O-borret har oöverträffade egenskaper, ägnade att klara alla typer av material.

Sedan har vi det här med sort. Hårdmetallborr passar bra för att bearbeta flygplanskomponenter, eftersom hårdmetallen förstärker verktyget genom skärgeometrin och skaftet. Därmed optimeras skärförloppet samtidigt som släppning och materialavgång maximeras. Men på grund av kompositmaterialens nötande egenskaper, förslits hårdmetallen snabbt. Det är ett problem, särskilt i automatiserade produktionsmiljöer.

För att eliminera problemet har CoroDrill 863-O utrustats med CVD-teknik, det vill säga kemisk ångdeponering teknologi. CVD är ett extremt hårt verktygsmaterial som passar perfekt för att bearbeta kompositmaterial och skiktade material. Hela skäreggen beläggs med CVD-materialet, och tack vare den låga friktionskoefficienten och höga värmeledningsförmågan hos CVD blir verktygets skäreggar mindre utsatta för löseggsbildning (BUE). CVD-materialet behåller skärpan, vilket minskar värmen och friktionen, så att risken för problem minimeras vid hålborrning.

CVD-sorten är därmed det bästa alternativet om många hål ska borras och det krävs högre produktivitet.

Avancerade robotar och fältstudier

Den omfattande CoroDrill 863-familjen ger redan fördelar i både CNC-maskiner och robotar i tillverkarnas automatiserade produktionslinjer. Eftersom borret finns i versioner belagda med hårdmetall, PCD (polykristallin diamant) eller CVD, kan det bearbeta alla typer av material som annars kan vara problematiska – det vill säga kompositmaterial, aluminium, titan, varmhållfasta superlegeringar och rostfritt stål – i helt obemannade processer.

Sedan CoroDrill 863-O hade lämnat laboratoriet satte man borret på prov genom att låta det bearbeta ett kolfiberarbetsstycke. Kolfiber, som har överlägsen hållfasthet i förhållande till vikten, är ett populärt material för applikationer inom flygindustrin eftersom ingenjörerna strävar efter att bygga lättare flygplan.

En komponent med en genomsnittlig tjocklek på 6,35 mm (0,25 tum) genomgick två borrmoment med en CoroDrill® 863-O-geometri, som innehåller vår egen CVD-variant O1AD för förbättrad slitstyrka i kompositmaterial. Först bearbetades arbetsstycket med ett 863-O-borr med en diameter på 6,37 mm (0,25 tum). Därefter användes diametern 4,85 mm (0,191 tum).

I båda momenten och med samtliga verktyg uppvisade 863-O utmärkta resultat. I kolfiberarbetsstycket borrades 400 hål med diametern 6,37 mm (0,25 tum) och 560 hål med diametern 4,85 mm (0,191 tum) – resultatet levde upp till resultatet från laboratorietestningen. Vi beräknade en kortaste verktygslivslängd genom att använda Sandvik Coromants Capacity Data Management-system, som är ett system för att beräkna verktygslivslängden hos våra kunder. Det här påvisar produktens utmärkta förmåga vad gäller att leverera verktygslivslängd, färre verktygsbyten samt repeterbara och tillförlitliga prestanda vid bearbetning av kompositmaterial. Framför allt blev delamineringseffekten mycket liten för alla hål, både vid ingången och utgången, i båda testkörningarna.

Det råder ingen tvekan om att dedikerade skärverktyg är avgörande för att lyckas med håltillverkning – särskilt i komponenter av kompositmaterial eller skiktade material. Verktyg som 863-O-borret kan också spela en avgörande roll hos företag som vill göra sina processer fullt automatiserade, även för bearbetning av sega kompositmaterial.

För mer information: Sandvik

ISCAR – nya lösningar för djupare och rakare hål
Iscar´s stora utbud av verktyg för håltagning blir nu större och bredare i och med ytterligare utvidgningar av produktfamiljen SOLIDDRILL. Extra långa solida...
De tillverkar plogar i världsklass – med ”logisk borrning” som boostar produktionseffektiviteten
Här snackar vi Made in Sweden på en helt ny nivå. CNHs val att använda den nya LOGIQ3CHAM-borren levererade enastående resultat – fördubblad livslängd på borren och...
PKD (diamant) för bearbetning av komplicerade flygplansdetaljer
Dom flesta komponenter som används i moderna flygplan och helikoptrar är gjorda i aluminiumlegeringar eller kompositmaterial kan också vara en kombination av dessa...
Borret som blivit en legend – 20 år med A002
När ett nytt borr introducerades vid sekelskiftet var det nog inte många som insåg vilket intryck det skulle göra på metallindustrin. Nu 20 år senare har Dormers A002...
Ravema Verktyg har utökat samarbetet med SwissTools
Sedan en tid tillbaka så har Ravemas verktygsavdelning expanderat deras samarbete med SwissTools - En av de världsledande leverantörerna av modulära verktygssystem. Nu...
Bättre kylning och ökad livslängd med nytt korthållsborr
Värmländska Edeco Tool femårsfirar samarbetet med kinesiska Gesac med ett nytt sorti-ment av korthålsborr. Nya GHD-S, som presenterades redan vid Gesacs...
3-skärig borrning och brotschning i ett steg
Att kombinera flera bearbetningssteg i ett verktyg är ett bevisat sätt att tillverka så ekonomiskt som möjligt. Till exempel kan hål borras och brotschas samtidigt med...
ISCAR SUMOCHAM – marknadens minsta borrhuvud finns nu i ännu fler utföranden
HCP-IQ Självcentrerande borrhuvud – nu även i storlek ända ner till 4.0mm! HCP borrhuvuden finns nu tillgängliga i diametrar från 4.0 mm upp till 32.9 mm i steg om 0.1...
Ny avancerad borrmaskin MF1000-3T
Den nya MF1000-3T djuphålsborrmaskinen från IMSA utnyttjar fördelarna med NSK:s DIN-standardkulskruvar för den europeiska verktygsmaskinsmarknaden. Samarbetet bygger på...
Verktyg lika unika som du
Att det är viktigt att ”skilja sig från mängden” har vi alla hört. Men utmaningarna är många när en osäker framtid tvingar tillverkarna att pröva lyckan på nya...
Sandvik optimerade gängverktyg för effektivare håltillverkning
Sandvik Coromant, utökar sitt sortiment med verktyg för gängningsoperationer i stål med två uppgraderingar i utbudet med solida verktyg. Den nya...
Iscar NEOLOGIQ – Snart lanserars nya produkter för att möta utmaningarna i dagens trender
Det har nu gått några år sedan ISCAR lanserade en serie unika och innovativa LOGIQ-verktyg. Dessa verktyg hade utformats särskilt för att klara utmaningarna inom...
Ett säkert sätt att bli kvitt mikrodefekter
”Mät två gånger, skär en gång”, är ett vanligt uttryck inom tillverkningsbranschen, men det är lättare sagt än gjort vid bearbetning av besvärliga material. Det är...
Hur Industri 4.0 kan hjälpa tillverkare att öka maskinutnyttjandet och vinsten
Enligt svaren i en ny rapport har färre än 30 % av tillverkarna börjat tillämpa Industri 4.0-teknik i någon större omfattning. Men tillverkarna måste kanske släppa...
Effektiv och hållbar verktygsrekonditionering
Tid är pengar inom tillverkning. Borrning, fräsning och brotschning är enormt påfrestande för verktygen. Här förklarar Jill Glynn, Commercial Services Manager hos...
Tillämpa LOGIQ vid borrning
ISCAR’s LOGIQ-verktyg är inriktade på att lösa utmaningar som finns inom bearbetningsindustrin, det kan vara att hitta kostnadseffektiva lösningar på små verktyg eller...
Spara tid och öka produktiviteten med den nya appen
Seco Assistant ger dig den produktinformation och de verktyg du behöver, utan att du behöver söka på internet eller i olika kataloger, även när du är offline. Seco...
Skapa mer produktivitet med 3D-printade verktyg
Om vikten på PKD-verktyg kan minskas, är regeln att skärdata kan ökas väsentligt. Tillsammans med större frihet av designen, är möjligheten till viktoptimering en av de...
Utökar med marknadens minsta borrhuvud
Iscar´s utbud av populära håltagningsfamiljen SUMOCHAM har utökats med borrhuvuden i små storlekar. Numera finns även så små borrhuvuden som från 4.0 mm upp till 5.9...
Nya borrar med stor flexibilitet
ISCAR introducerar nya SUMOCHAM-borrar för multispindel-maskiner och automatsvarvar som kräver korta verktyg p g a utrymmesskäl. Dessa borrar passar även i...
Avancerad geometri för ännu fler material
Sandvik Coromant, har lanserat det senaste tillskottet i CoroDrill ® 860-serien. CoroDrill 860 har en avancerad -GM geometri som för borrning med höga...
Avancerad geometri för ännu fler material
Sandvik Coromant, har lanserat det senaste tillskottet i CoroDrill ® 860-serien. CoroDrill 860 har en avancerad -GM geometri som för borrning med höga...
Roterande filar siktar in sig på krävande applikationer
Dormer Pramet har utökat sitt program med hårdmetallfilar med nya verktyg för bearbetning av superlegeringar och för borttagning av avbrutna bultar.  De nya...
Modulära borrar för stora diametrar och djupa hål med två typer av borrhuvuden
I och med introduktionen av MODUDRILL utökas ISCAR’s utbud av borrar i stora diametrar. MODUDRILL finns tillgänglig i diameterområde 33-40 mm. Två olika typer av...
Förbättrar industrins produktionsekonomi
 En gång årligen samlar kinesiska världskoncernen Gesac sina exportpartners för en veckolång presentation av det senaste inom verktygstekniken. I takt med Gesacs...
Senaste Shark-tappen ger hög säkerhet
Dormer Pramet har utökat sitt Shark Line-program med ett nytt tappsortiment för höghållfasta stål och titanlegeringar. De nya tapparna erbjuder höga prestanda och...
Hårdmetallborr nu med kylkanaler !
Nästa generation hårdmetallborr AquaREVO som har utvecklats från första generationen AQUA-borr via AQUA EX, lanseras nu med  invändiga kylkanaler i tre...
Ny förlängare för pinnfräs och borr
 Nu lanserar Ehn & Land Ti-Loc, från amerikanska Gen-Swiss. Ti-Loc är den bästa metoden för att fixera små verktyg i en längdsvarv. Systemet omfattar dorn för...
Konsten att borra utan att borra ner sig
För ingenjörer och tillverkare är borrning en baskunskap som många kommer i kontakt med. Att bemästra detta i grunden och använda rätt komponenter för effektivitet,...
Enklare handhavande av utvändiga brotschar för små diametrar
Finbearbetning av små utvändiga diametrar görs för det mestamed någon typ av slipprocess. Utvändig brotschning är ett intressant och kostnadseffektivt alternativ till...
Ny utvecklad skärgeometri för försänkare SpyroTec
90° spiral försänkare med konvexa skäreggar. SpyroTecs ny utvecklade skärgeometri minskar kraftigt de axiella och radiella krafterna som blir vid försänkningsarbeten....
TTD-Tritan – Tar bearbetning av värmeväxlare till nästa nivå
Många varianter av värmeväxlare används i olika industrier. Trots allt, hjälper de till att omvandla värme så den är användbar i andra processer. Vid användning av...
Besök dem på EMO i Hannover och upptäck deras lösningar inom Industri 4.0
EMO i Hannover är en av världens största mässor inom bearbetning och maskinteknik och för ISCAR är det viktigt att kunna visa upp nyheter inom flera områden. Som...
Horn på EMO
Ny frontinspänning för Supermini skär Bild: Den nya designen gör att skäret hålls på plats med en högre kraft och ger ett stabilare system. Horn har utvecklat ett nytt...
Vilka utmaningar finns inom gängning?
Dormer Pramet förklarar skillnaden mellan olika gängverktyg Gängning är en av de mest krävande och problematiska bearbetningsprocesserna. Gängor skapas vanligtvis som...
Ny huvudkatalog från Mitsubishi Materials
Mitsubishi Materials lanserar nu under våren 2019 sin nydesignade huvudkatalog C008 över sitt standardprogram av skärande och hållande verktyg. En ny layout -Mitsubishi...
Löstoppsborr med 3 effektiva skäreggar
Iscar´s SumoCham-familj har nu fått tillökning med ett 3-skärigt löstoppsborr. Eftersom antalet skäreggar har ökats med 50% så kan du nu öka matningen och därmed din...
Klarar upp till fyra operationer med samma verktyg
Sandvik Coromant, specialister på skärverktyg och verktygssystem, presenterar sitt CoroBore® BC-sortiment (Boring Combination), som består av Tailor Made-verktyg för...
MonoReam – optimerad kylning för flerskärsbrotschar
Flerskärsbrotschar är det naturliga valet när man vill ha höga skärdata och kort bearbetning tid. Pga. de konventionella bearbetningmetodernas begränsningar, har det...
Tillverkare av fordonsdelar kan dra nytta av den senaste verktygs-utvecklingen
Sandvik Coromant, specialisterna på skärverktyg och verktygssystem, har utvecklat två nya borr som är optimerade för borrning i bildelar av aluminium. CoroDrill® 400...
En växande kraft solida hårdmetallborrar
Dormer Pramet har utökat sitt Force-program av solida hårdmetallborrar med ett specifikt sortiment för bearbetning i rostfria stål. Force M-sortimentet av borrar...
Snabb Gängfräsning SC LINE Gängfräsning
När det gäller processäkerhet och gängkvalité så är gängfräsning fortfarande den vanligaste bearbetningsmetoden när det kommer till bearbetning av gängor. Det...
De senaste sorterna för löstoppsborr ökar verktygslivslängden 
Sandvik Coromant, specialisterna på skärverktyg och verktygssystem, lanserar tre nya sorter för den populära borren CoroDrill® 870 med utbytbar spets. GC4344, GC3334...
Stark i stål
Det nya borret RT100S från Gühring är speciellt utvecklat för att klara krävande bearbetning vad gäller djupa hål i stål upp till 8xD. Höga skärparametrar med lång...
Kortare bearbetningstider, spånfri gängning, färre stopp
Sandvik Coromant, specialisterna på skärverktyg och verktygssystem, har lanserat en ny gängtapp som är optimerad för stålbearbetning (ISO P) och konstruerad för att...
Bli en mästare – smartare verktyg är på väg!
Det LOGIsQa med intelligent bearbetning i Industri 4.0-eran. ISCAR lanserar inom kort LOGIQ-kampanjen för att introducera en ny standard för skärande verktyg. Välkommen...
HPR400 Plus brotsch utan inställning ger stor besparing av kostnad per detalj.
Bättre kostnadseffektivitet med hjälp av enkla skärbyten var huvudsyftet vid utvecklingen av HPR400 brotschar. Flerskärsbrotschar används av fler och fler kunder som...
Så möter traditionella HSS-verktyg dagens behov
Användandet av snabbstålsverktyg (HSS) ökar stadigt världen runt utan någon tendens till avmattning. Världsmarknaden för HSS-verktyg väntas växa till mer än 10...
Vidareutvecklar Perfomax® och gör en utmärkt borr ännu bättre
Secos nya Perfomax vändskärsborrar har en förbättrad konstruktion som möjliggör högre produktivitet, säkrare borrprocess och längre verktygslivslängd. Borrarna ger med...
Borra stål mer kostnadseffektivt med Tritan-Steel
Med den nya borren Tritan-Steel med 3 skäreggar, kan vi borra stål avsevärt mer kostnadseffektivt jämfört med borrar med två skäreggar. Detta uppnås bl.a. av avsevärt...