Mengoptimasi Pemesinan dan Frais CFRP Komposit di Penerbangan
Di penerbangan, bekerja dengan bahan komposit ringan adalah norma. Kami baru-baru ini berbicara dengan Sandvik Coromant untuk membahas masalah pemesinan logam umum dalam komposit serat karbon dan cara mengatasi mereka.
Bahan komposit seperti polymer terkuat serat karbon sangat abrasif dan memerlukan pendekatan yang berbeda untuk frais dan bor untuk menghindari delaminasi lapisan dan serikat serikat. Alat dan metode standar yang dirancang untuk bekerja logam tidak akan cukup ketika datang ke manufaktur komponen penerbangan terbuat dari bahan ini.
“Serat karbon memberikan kekuatan yang unggul dengan berat yang jauh lebih rendah, jadi di penerbangan komersial, itu memungkinkan beberapa hal yang sangat positif,” kata David Den Boer, spesialis dan insinyur industri penerbangan di Sandvik Coromant. “Semakin ringan pesawat, mesin menjadi lebih efisien.”
Misalnya, Boeing 787 terbuat dari sekitar 50 persen CFRP dan menggunakan 20 hingga 25 persen kurang bahan bakar jet daripada pesawat aluminium yang setara. Fuselage komposit diproduksi dalam bagian bundar lengkap, bukan dalam segmen dan potongan. Namun, membangun pesawat tersebut mengarah pada tantangan dalam proses pengembangan pemesinan.
“Biasanya jika kita bekerja pada bagian mesin, kita akan bereksperimen dengan alat pemotong dan proses pada komponen itu sendiri, tetapi kita tidak dapat berlatih membuat lubang di sisi fuselage senilai $30 juta,” kata Jeffrey Washburn, manajer produk di Sandvik Coromant. “Jadi semua pengujian dan pengembangan proses dilakukan secara terpisah pada ‘kupon’ yang secara erat mewakili komponen akhir.”
Ingin mengetahui lebih dalam? Pelajari lebih lanjut tentang bahan ringan namun kuat yang digunakan di penerbangan. Baca: “Cutting Challenges: Mixed-Matrix Composites and Fiber-Reinforced Composites.”
Alat untuk Frais dan Bor Komposit
“Material serat karbon sangat abrasif,” kata Den Boer. “Jadi dengan alat pemotong karbida tipikal yang mungkin bertahan untuk ratusan lubang pada logam seperti aluminium, Anda mungkin hanya mendapatkan 20 lubang pada CFRP.”
Untuk bertahan lebih lama, mesin untuk CFRP harus baik berupa polycrystalline diamond (PCD) beruratan atau dilapisi dengan lapisan partikel diamond submicron—yang membuat setiap alat lebih mahal daripada alat tradisional. Namun menurut Washburn, cara yang benar untuk mengukur biaya produksi suatu bagian adalah biaya per lubang yang dibor, bukan biaya per alat.
Pertimbangan lain adalah biaya pergantian alat.
“Misalnya, Anda sedang mem frais bagian atas fuselage pada mesin CNC gantry besar yang membutuhkan waktu 10 hingga 15 menit untuk turun, mengganti alat baru, dan kembali ke atas,” kata Den Boer. “Membandingkan waktu mesin yang diperlukan untuk satu alat berlapis diamond pada seluruh bagian 787 dengan mengganti 80 atau 90 alat karbida, ekonominya dapat dipertanggungjawabkan.”
Material alat bukan perbedaan satu-satunya untuk pemesinan CFRP. Tidak seperti logam, dua masalah paling menantang dalam frais dan bor CFRP adalah serikat di lubang dan delaminasi, menurut Washburn.
“Saat mereka menganalisis kualitas lubang, mungkin sempurna menurut ukuran, tetapi jika tindakan pemotongan alat meninggalkan serikat yang tidak dipotong di dalam lubang itu sendiri, itu tidak dianggap sebagai pemotongan yang baik,” kata Washburn. “Dan jika Anda mem frais di tepi permukaan, Anda ingin menjaga alat cukup tajam untuk terus memotong serikat dengan rapi, tanpa menariknya keluar dari permukaan atau delaminasi.”
Menurut Washburn, alat yang dirancang untuk CFRP memiliki seperangkat geometri yang sangat berbeda, tergantung pada proses dan aplikasi.
“End mill tipikal dengan helix selalu ingin mengangkat material dari potongan, dan jadi jika kita mencoba menerapkan geometri pemotongan logam pada serat karbon, itu akan cenderung menyebabkan delaminasi material, karena sudut helix menarik permukaan ke atas,” katanya. “Jawabannya adalah merancang alat yang menarik dari bawah dan mendorong dari atas pada saat waktu—untuk sedikit memeras material bersama sehingga tidak akan delaminasi.”
Menumpuk CFRP dengan Logam
Tetapi alat khusus ini biasanya tidak akan bekerja dalam aplikasi logam, yang mengarah pada komplikasi lain.
“Komposit sering ditumpuk dengan bahan lain, jadi Anda mungkin sedang membor melalui CFRP, misalnya, dan kemudian mengenai lapisan titan atau aluminium—dan alat harus mampu memesin keduanya untuk menghasilkan satu lubang,” kata Washburn.
Perbedaan ketahanan dan abrasivitas antara bahan dalam tumpukan memerlukan solusi kreatif.
“Salah satu tantangan memesin CFRP ditumpuk dengan lembar logam adalah banyak komponen pesawat ini tidak dapat terkena fluida pemotongan untuk pendingin dan mengangkut chip,” kata Washburn. “Ini menyajikan masalah, misalnya, saat mencoba memesin titan tanpa pendingin.”
“Orang mencoba hal-hal berbeda untuk menyesuaikan lapisan yang berbeda, seperti menambahkan chip breaker untuk lembar aluminium, untuk mencegah rantai chip panjang yang merobek serikat dan membuat lubang terlalu besar,” kata Den Boer.
“Jika lubang akan dibor dengan unit bor otomatis, beberapa yang lebih baru memiliki RPM dan kecepatan umpan yang dapat diprogram, jadi Anda dapat membor CFRP dalam tumpukan pada satu kecepatan dan umpan dan segera Anda mengenai titan, Anda dapat mengubah data pemotongan, dan mengoptimalkannya untuk setiap lapisan,” kata Den Boer.
Pernah mengalami masalah memotong komposit CFRP? Beritahu kami apa yang terjadi dan bagaimana Anda mengatasinya.
