Tantangan Pemotongan:Komposit Matriks Campuran dan Komposit Berpenguat Serat

Baru mengenal matriks campuran dan material yang diperkuat serat di ruang angkasa? Berikut adalah panduan tentang cara bekerja dengan material komposit.

Karena banyak industri termasuk kedirgantaraan terus meminta komponen yang semakin ringan, suatu hari Anda mungkin mendapati diri Anda berdiri di depan pusat permesinan CNC, bertanya-tanya, "Apa yang saya potong ini?". Alat cepat aus, debu bertebaran di mana-mana, dan permukaan mesin kasar, terkelupas, dan sering retak.

Apa Itu Material Komposit?

“Bahan komposit pada dasarnya adalah kombinasi dari dua atau lebih bahan yang berbeda yang digunakan bersama untuk menggabungkan sifat terbaik, atau memberikan serangkaian karakteristik baru yang tidak dapat dicapai oleh bahan penyusunnya sendiri,” tulis Dr. Rainer Groh, rekan peneliti dalam struktur nonlinier di University of Bristol dalam blog Aerospace Engineering-nya.

Pertama, adalah ide yang baik untuk memahami mengapa komposit digunakan:Itu karena mereka secara bersamaan ringan dan kuat. Kedengarannya cukup sederhana untuk dipahami. Namun, iblis, saat memotong komposit, ada di detailnya.

“Matriks rentan terhadap oksidasi dan degradasi dari panas yang berlebihan, dan serat karbon tidak terpotong dengan baik karena mereka patah dan bukannya terpotong dengan mulus,” catat American Machinist dalam sebuah artikel tentang polimer yang diperkuat serat karbon. “Pemesinan komposit menghasilkan serangkaian patahan serat karbon rapuh yang menghasilkan serpihan seperti debu yang membawa sedikit panas yang dihasilkan oleh pemesinan.”

Komposit Bertulang Serat vs. Komposit Matriks

Balok lantai, panel stabilizer, permukaan kontrol penerbangan, pintu dan sekat—ini hanyalah beberapa dari banyak komponen komposit atau laminasi yang ditemukan di pesawat saat ini, sebagian besar terbuat dari sandwich komposit-logam-komposit multilayer atau bahan seperti sarang lebah dengan eksterior yang kokoh dan struktur yang hampir tipis di dalamnya.

Bagaimanapun konstruksinya, apa pun yang dilaminasi di ruang angkasa, ada tiga kelas komposit yang diperkuat serat, termasuk keramik, logam, dan Kevlar. Demikian pula, ada tiga kelas komposit matriks:fenolik, poliester dan epoksi. Bahan-bahan ini bisa sangat sulit untuk dikerjakan, tetapi dengan sedikit pengetahuan dasar dan sedikit investasi dalam peralatan dan perkakas, semuanya cukup mudah dikelola.

Anda mungkin pernah mendengar komposit yang disebut sebagai CFRP (plastik yang diperkuat serat karbon), komposit matriks logam (MMC), aramid (yang merupakan Kevlar), atau lusinan nama lain yang terdengar ilmiah. Kuncinya adalah memahami perbedaan dari bekerja dengan logam.

“Pergeseran dari konstruksi logam ke komposit secara alami telah menyebabkan perubahan dalam metodologi desain komponen pesawat,” catat Groh. “Harus diingat bahwa tidak hanya sifat mekanik komposit yang berbeda dari logam, tetapi seluruh rentang sifat fisik dan kimia juga berbeda.”

Memotong Komposit:Debu, Debu Karbon, dan Sistem Filtrasi

Mari kita mulai dengan debu jahat yang berputar-putar di sekitar kepala Anda. Anda tidak ingin menghirup barang-barang itu. Untuk beberapa aplikasi, mesin yang membanjiri dengan cairan pemotong dapat membuat lumpur abrasif yang dapat merusak mesin CNC mahal Anda. Beberapa komposit menyerap air seperti spons pepatah, jadi menerapkan cairan pendingin sebenarnya dapat merusak benda kerja jika Anda tidak memiliki peralatan yang tepat. Namun, dalam aplikasi komposit lainnya, cairan pendingin dapat menjadi metode yang sangat efektif untuk mengendalikan debu, meningkatkan masa pakai alat, dan menyempurnakan penyelesaian komponen.

Masalah lain yang harus diperhatikan:Debu serat karbon diketahui dapat menyala dalam keadaan tertentu. Selain peringatan yang mengerikan, solusinya cukup sederhana — setiap toko yang secara rutin memotong komposit harus berinvestasi dalam sistem filtrasi, yang cocok untuk jenis material yang sedang dikerjakan. Kandang yang cukup kedap udara juga merupakan ide yang bagus, tetapi selama ada ruang hampa yang cukup untuk menarik debu keluar dari area kerja, seharusnya tidak ada masalah. Debu yang tersisa dapat dibersihkan dengan Shop-Vac (pastikan filter dalam kondisi baik). Berikut adalah beberapa praktik terbaik utama untuk menyaring debu komposit:

• Hubungi dealer alat berat Anda tentang perlunya spindel tekanan positif seperti yang ditemukan pada mesin pemotong grafit
• Periksa dengan pemasok material mengenai ukuran dan jenis filtrasi apa yang dibutuhkan (ada banyak variasi)
• Dan tanyakan kepada pelanggan tentang persyaratan kebersihan suku cadang—produsen pesawat biasanya sangat khusus tentang keberadaan debu dan benda asing (FOD) pada suku cadang mesin

Alat untuk Memotong Bahan Komposit:Singkirkan HSS

Sejauh alat pemotong pergi, Anda bisa melupakan baja kecepatan tinggi. Komposit umumnya cukup abrasif, dan meskipun HSS tangguh, ia tidak dapat menerima penyalahgunaan bahan pemotongan seperti amplas. Jika Anda hanya memiliki beberapa bagian untuk mesin, karbida padat akan berfungsi, tetapi Anda membutuhkan tepi yang sangat tajam (ini berarti pelapis mungkin tidak mungkin dilakukan, berkat pembulatan tepi mikroskopis yang disertakan dengan semua CVD dan bahkan sebagian besar pelapis PVD ).

Geometri juga penting. Sudut heliks yang relatif curam pada penggilingan dan bor akhir pemotongan logam cenderung merusak sebagian besar komposit, yang memisahkan lapisan dan merusak integritas material, mirip dengan apa yang terjadi ketika Anda mengebor lubang di sepotong fiberglass (meskipun Anda mungkin tidak dapat melihatnya dengan mata telanjang). Pilihan terbaik adalah alat pemotong heliks netral atau terbalik seperti bit router untuk pemesinan kayu atau plastik, atau pemotong yang telah digiling khusus untuk pekerjaan komposit.

Jadi untuk mata bor, gunakan titik sudut ganda (terlihat seperti Batman, dengan telinga runcing di kedua sisi ujung bor) yang mengurangi gaya selama terobosan dan menghilangkan serpihan—untuk mencegah delaminasi pada permukaan keluar. Pilihan lain adalah bor brad-point, yang akrab bagi pekerja kayu. Anda juga dapat menginterpolasi lubang sesuai ukuran dengan penggaruk akhir penggaruk netral atau bit router.

Pemotongan Material Komposit:Berlian Adalah Sahabat Ahli Mesin

Untuk jumlah produksi yang lebih tinggi, atau di mana kualitas tepi sangat penting (yang biasanya terjadi), alat berujung berlian polikristalin dan alat berlapis berlian adalah pilihan terbaik. Alat brazing atau yang dapat diindeks adalah yang paling banyak tersedia dan akan melakukan pekerjaan yang sangat baik, tetapi di sini sekali lagi, beberapa produsen alat pemotong menawarkan produk yang dirancang khusus untuk CFRP dan komposit lainnya. Evaluasi jenis alat pemotong khusus ini di mana pun diperlukan kinerja maksimum.

Pendekatan apa pun yang Anda ambil dengan alat pemotong, umpan, dan kecepatan akan menjadi wilayah yang belum dipetakan. Untuk hasil terbaik, hubungi pemasok perkakas dan produsen material Anda untuk meminta saran, sisihkan sedikit waktu untuk menguji dan mendokumentasikan semua yang Anda lakukan.

Tips Ekstra untuk Bekerja dengan dan Memotong Material Komposit

Meraih bagian komposit yang tipis dapat menjadi tantangan, jadi lihatlah pegangan kerja vakum atau perekat yang diaktifkan dengan cahaya. Jika panas menjadi masalah, coba arahkan senapan angin dingin ke zona kerja.

Berikut adalah beberapa petunjuk komposit tambahan untuk membuat Anda bergerak ke arah yang benar:

• Perhatikan arah dan struktur butir komposit yang mendasarinya, karena mungkin harus diorientasikan dengan cara tertentu untuk mencapai hasil pemesinan yang diinginkan
• Bahan terjepit dapat meniadakan penggunaan PCD demi karbida
• Komposit sarang lebah, yang populer dalam struktur badan pesawat, juga tunduk pada pedoman yang berbeda—di sini, climbing milling adalah pendekatan yang lebih disukai (sesuatu yang sering tidak terjadi pada komposit)

Sebaiknya ikuti moto Pramuka dan bersiaplah:Permesinan komposit sedang menuju ke arah Anda.

Bagaimana Anda bekerja dengan komposit di toko Anda? Ceritakan kisah horor Anda yang mengharukan.