I. Perforació
La perforació en materials compostos difereix significativament de la perforació en estructures metàl·liques d'avions. Els trepants especials, les velocitats més altes i les velocitats d'alimentació més baixes són essencials per aconseguir forats de precisió. Les estructures compostes de fibra de carboni i epoxi són extremadament rígides i abrasives, la qual cosa requereix l'ús de broques especials de-flauta plana o de quatre-broques similars. La fibra d'aramida (Kevlar®) i els compostos epoxi, encara que no són tan durs com la fibra de carboni, són difícils de perforar tret que s'utilitzin eines especials, ja que les fibres són propenses a desgastar-se o trencar-se tret que es tallen netament mentre estan incrustades a l'epoxi. S'han desenvolupat trepants especials amb puntes de pinça de roba i puntes de cua de peix per tallar les fibres abans de treure-les del forat perforat. Tanmateix, quan les seccions de Kevlar® i epoxi s'intercalen entre dues seccions metàl·liques, es poden utilitzar broques de torsió estàndard.
II. Equipament
Les eines pneumàtiques s'utilitzen per perforar materials compostos. La velocitat lliure del motor de trepant pot arribar fins a 20.000 revolucions per minut. La regla general per a la perforació de compostos és utilitzar altes velocitats i baixes velocitats d'alimentació (pressió). Els equips de perforació amb control d'alimentació motoritzat produeixen una qualitat de forat superior en comparació amb els motors de perforació sense ell. Es recomana l'ús de guies de trepant, especialment per a laminats més gruixuts.
No utilitzeu broques de torsió estàndard per perforar estructures compostes. L'acer-estàndard d'alta velocitat és inacceptable, ja que s'enfosquirà immediatament, generarà calor excessiu i provocarà delaminació, trencament de la fibra i una qualitat del forat inacceptable.
Les broques per a fibra de carboni i fibra de vidre estan fetes de materials recoberts de diamant-o de carbur sòlid perquè les fibres són molt dures i les broques estàndard d'acer d'alta velocitat (HSS) no duren gaire.
Les broques giratòries s'utilitzen habitualment, però també es poden utilitzar broques de punt Brad. La fibra de Kevlar no és tan dura com la de carboni i pot adaptar-se a trepants HSS estàndard; no obstant això, la qualitat del forat es pot veure compromesa. El tipus de trepant preferit és el trepant Klenk en forma de falç-, que primer enganxa les fibres i després les talla, donant com a resultat una millor qualitat del forat. Els forats més grans es poden tallar amb serres de forat recobertes de diamant-o talladores de mosca, però els talladors de mosca només s'han d'utilitzar en premses de perforació i no en motors de perforació. (Com es mostra a les figures 85, 86 i 87)
(Figura 85) Broca Klenk per perforar Kevlar®
(Figura 86) Eines de perforació i tall per a materials compostos
(Figura 87) Perforació i tall automàtic
III. Procediments i precaucions de funcionament
Els motors de perforació compostos funcionen en un rang de 2000 a 20.000 rpm i baixes velocitats d'alimentació. Es prefereixen els motors de trepant equipats amb cambres d'alimentació hidràuliques o altres tipus de control d'alimentació, ja que limiten la pujada de la broca fora del material compost, reduint el dany de l'esclat i la delaminació. Les peces fetes amb productes de cinta són especialment susceptibles a danyar-se, mentre que les peces fetes amb materials de tela són menys propenses. Les estructures compostes requereixen xapes o plaques metàl·liques com a suport per evitar l'esclat. Normalment, els forats de les estructures compostes es foren prèviament-amb un petit forat pilot, després s'amplien amb una broca de diamant-revestida o de carbur i, finalment, s'escaria fins a la mida final del forat amb un escariador de carbur.
La-perforació posterior és un problema que pot sorgir quan les peces epoxi-de fibra de carboni s'uneixen amb peces de subestructura metàl·lica. La vora posterior del forat de la secció epoxi-de fibra de carboni es pot erosionar o esquinçar amb encenalls metàl·lics que treuen a través del compost. Això és més freqüent quan hi ha buits entre les peces o quan els encenalls metàl·lics són lineals en lloc de fragmentats. La-perforació posterior es pot mitigar ajustant les velocitats i velocitats d'avanç, la geometria de l'eina, la subjecció de peces, l'addició d'escariat final, l'ús de broques de picoteig o una combinació d'aquests mètodes.
Quan es perfora peces compostes juntament amb peces metàl·liques, la peça metàl·lica pot dictar la velocitat de perforació. Per exemple, tot i que el titani és compatible amb materials epoxi de fibra de carboni-des del punt de vista de la corrosió, per evitar danys metal·lúrgics al titani, s'ha de reduir la velocitat de perforació. Els aliatges de titani es foren a baixes velocitats amb altes velocitats d'alimentació. Els trepants adequats per a titani poden no ser adequats per a fibra de carboni o fibra de vidre. Les broques per a titani solen estar fetes de cobalt-vanadi, mentre que les broques per a fibra de carboni estan fetes de carbur o revestiment de diamant-per millorar la vida de la broca i produir forats precisos. Les broques HSS de petit diàmetre, com ara una broca #40, s'utilitzen habitualment per perforar manualment forats pilot a causa del seu cost relativament baix, compensant la seva vida útil limitada. Les broques HSS només són aptes per a un sol forat.
El problema més comú amb l'ús d'eines de carbur en operacions de perforació manual és el dany de l'eina (específicament l'estella de les vores). Una broca afilada amb alimentació lenta i constant pot aconseguir forats amb una tolerància de 0,1 mm (0,004 polzades) a través de fibra de carboni-epoxi i alumini prim, especialment quan s'utilitza una guia de trepant. Les eines dures poden mantenir toleràncies més estrictes. Quan l'estructura que hi ha sota l'epoxi-de fibra de carboni és de titani, la broca pot treure xips de titani a través de l'epoxi-fibra de carboni, ampliant el forat. En aquests casos, pot ser necessària una operació d'escariat final per mantenir la tolerància del diàmetre del forat. Els forats de les estructures compostes-de fibra de carboni requereixen escariadors de carbur. A més, quan l'escariador elimina més de 0,13 mm (0,005 polzades) de diàmetre, l'extrem de sortida del forat requereix un suport adequat per evitar esquerdes i delaminació. El suport pot ser proporcionat per la subestructura o una placa fixada a la superfície posterior. Les velocitats d'escariat típiques són aproximadament la meitat de les velocitats de perforació.
Els fluids de tall generalment no s'utilitzen ni es recomanen per perforar estructures epoxi-de fibra de carboni fines (menys de 6,3 mm o 0,25 polzades de gruix). L'ús d'un buit quan es trepan els compostos és una bona pràctica per evitar que la pols de carboni suri lliurement a la zona de treball.
IV. Perforació
Quan s'han d'instal·lar elements de subjecció encastats en conjunts, es requereix un avellanat per a estructures compostes. Per a estructures metàl·liques, els mètodes típics són els elements de fixació del capçal de cisalla o tensió de 100 graus. A les estructures compostes, hi ha dos tipus de fixació que s'utilitzen habitualment: fixadors de capçal de tensió de 100 graus o fixadors de capçal de tensió de 130 graus. L'avantatge del capçal de 130 graus és que el diàmetre del capçal de fixació pot ser el mateix que el d'un capçal de tensió de 100 graus, mentre que la profunditat del cap és la mateixa que la d'un capçal de cisalla de 100 graus. Per als elements de subjecció encastats en peces compostes, es recomana dissenyar l'eina d'encastrament amb un radi controlat entre el forat i l'escavador per adaptar-se al radi del filet del cap{10}}a-del capçal a la subjecció. A més, és possible que siguin necessàries operacions de xamfranat o volanderes per proporcionar un espai suficient per als elements de subjecció del cap que sobresurten. Independentment del tipus de capçal utilitzat, s'ha de preparar un avellanador o xamfrà a joc a l'estructura composta.
Les eines de carbur s'utilitzen per produir avellanades en estructures epoxi-de fibra de carboni. Aquests talladors avellanats solen tenir flautes rectes similars a les que s'utilitzen en metalls. Per als compostos epoxi de fibra de Kevlar-, s'utilitza una flauta de tall positiva en forma de S-. Si s'utilitzen talladors rectes o avellanats, es pot aplicar una cinta adhesiva gruixuda especial a la superfície per netejar les fibres de Kevlar tallades, però això és menys efectiu que un tallador de flautes en forma de S-. Es recomana una eina d'avellanament pilot, ja que garanteix una millor concentricitat entre el forat i l'avellanador i redueix el potencial de buits sota la fixació a causa de l'asimetria o la delaminació de la peça.
Utilitzeu un calibre d'avellanador de micro-stop per produir avellanats consistents. No avellaneu més del 70% de la profunditat de la capa superficial, ja que els avellans més profunds poden reduir la resistència del material. Quan s'utilitza una eina d'avellanatge pilot, és essencial comprovar periòdicament el desgast del pilot, ja que el desgast pot provocar una reducció de la concentricitat entre el forat i l'eina d'avellanament. Això s'aplica especialment a les eines d'avellanar amb només un tall. Per a les dents de tall d'avellanat pilot, col·loqueu el pilot al forat i ajusteu les dents de tall al màxim RPM abans d'iniciar l'alimentació de les dents de tall al forat i preparar-vos per a tall d'avellanat. Si les dents de tall entren en contacte amb el material compost abans d'activar el motor de perforació, es poden generar deixalles.
V. Processos de tall i precaucions
Les eines de tall dissenyades per a metalls tenen una vida útil curta o produeixen vores de tall pobres quan s'utilitzen en compostos. Les eines utilitzades per als compostos varien segons el material compost que es talla. La regla general per tallar compostos és alta velocitat amb avançament lent.
Plàstics reforçats amb fibra de carboni (CFRP): les fibres de carboni són extremadament dures i les eines d'acer{0}}d'alta velocitat es desgasten ràpidament. Per a la majoria de tasques de retall i tall, les fulles de granalla de diamant són la millor opció. La mòlta es pot fer amb paper de vidre d'alúmina o carbur de silici o drap abrasiu. El carbur de silici té una vida útil més llarga que l'alúmina. Les broques d'encaminador també es poden fer de carbur massís o recobertes de diamant-.
Plàstics reforçats amb fibra de vidre (GFRP): les fibres de vidre són tan dures com les fibres de carboni i les eines d'acer{0}}d'alta velocitat es desgasten ràpidament quan s'hi fan servir. La perforació de forats a les fibres de vidre s'ha de fer utilitzant el mateix tipus i material de broques que les que s'utilitzen per a les fibres de carboni.
Plàstics reforçats amb fibra d'aramida (Kevlar®): les fibres d'aramida no són tan dures com les fibres de carboni i de vidre, i es poden utilitzar eines d'acer d'alta-velocitat. Per evitar que la fibra s'afluixi a les vores dels compostos d'aramida, subjecteu la peça fermament abans de tallar-les. Els compostos d'aramida s'han de recolzar amb una placa de suport de plàstic. L'aramida i la placa de suport s'han de tallar simultàniament. El millor mètode de tall per a fibres d'aramida és tensar-les primer i després tallar-les. Hi ha un tallador de forma especial que pot agafar les fibres i després tallar-les. Quan utilitzeu tisores per tallar teixits de Kevlar o preimpregnats, hi ha d'haver un costat amb fulles de tall i un altre costat amb superfícies dentades o acanalades. Aquests dents impedeixen que el material llisqui. Feu servir sempre fulles afilades, ja que poden reduir el dany de la fibra. Després de l'ús, assegureu-vos de netejar immediatament les dentades de les tisores per evitar danys per la resina no curada.
Quan utilitzeu eines i equips, feu servir sempre ulleres de seguretat i altres equips de protecció.
VI. Equip de tall
La serra de cinta és l'equip més utilitzat en tallers de manteniment per tallar composites. Es recomana utilitzar fulles de carbur-punta o diamant-revestides sense dents. Les fulles dentades típiques no duraran gaire si s'utilitzen per tallar fibra de carboni o fibra de vidre. Com es mostra a la [Figura 88], es poden utilitzar eines pneumàtiques i manuals com ara encaminadores, serres de punxada, esmoladores de matriu i rodes de tall per tallar peces compostes. Les eines amb punta de carbur-o recobertes de diamant-ofereixen un millor acabat i una vida útil més llarga. Les opcions professionals inclouen màquines de tall per ultrasons, raig d'aigua i làser. Aquests tipus d'equips estan controlats numèricament (NC) i produeixen una qualitat superior de vora i forat. Les màquines de tall per raig d'aigua no es poden utilitzar en estructures de niu d'abella, ja que introdueixen aigua a les peces. No talleu mai res en equips destinats a composites, ja que altres materials poden contaminar els compostos.
(Figura 88) Serra de cinta
Els preimpregnats es poden tallar mitjançant una taula de tall Gerber (CNC). L'ús d'aquest equip accelera el procés de tall i optimitza l'ús del material. El programari de disseny pot calcular com tallar capes de formes complexes. Com es mostra a la figura 89:
:
(Figura 89) Taula de tall Gerber
Per continuar
Font Lloc web públic "Composites Frontier".