一, El principal problema amb el processament de materials compostos per a cotxes
Un material compost està format per una matriu (com la resina o el metall) i un reforç (com la fibra de carboni o la fibra de vidre). El processament d'aquests materials és difícil, ja que implica superar tres grans problemes:
Risc de delaminació i esquinçament: si la força de tall no és uniforme, pot provocar fàcilment delaminació entre capes. Això és especialment cert per a la perforació i el fresat, on la delaminació del material disminueix immediatament la resistència de l'estructura.
Augment del desgast de les eines: la fibra de carboni i altres materials de reforç són molt més durs que els metalls. Durant el mecanitzat, les eines estàndard es desgasten ràpidament, cosa que provoca canvis en la força de tall i una caiguda de la qualitat de la superfície.
Problema amb l'acumulació de calor: els materials compostos no condueixen bé la calor, i concentrar la calor durant el processament pot fer que el material es descompon fàcilment, canviï de forma o fins i tot danyi la superfície.
Per exemple, processar polímers reforçats amb fibra de carboni (CFRP) és de 3 a 5 vegades més difícil que processar aliatges d'alumini. La taxa d'escombraries per al processament de màquines-eina manual o general-de propòsit general és del 20% o superior, mentre que el sector de l'automòbil sol necessitar una taxa de qualificació de peces del 99,5% o més. Aquesta discrepància mostra per què s'ha de millorar la tecnologia de mecanitzat CNC.
2, els quatre avantatges principals de la tecnologia de mecanitzat CNC per treballar amb materials compostos
1. Control d'alta precisió: compleix estrictes estàndards de tolerància
L'enllaç de cinc-eixos, un sistema de posicionament de nivell-micròmetre i un control de retroalimentació de-bucle tancat permeten que les màquines eina CNC facin un tall precís en materials compostos. Per exemple:
Capó del motor: utilitza un fresat CNC de cinc -eixos per assegurar-se que la tolerància del perfil de la superfície és inferior o igual a 0,05 mm, cosa que evita que es produeixi soroll de vibració a causa de l'espai lliure del muntatge;
Carcassa de la bateria: la tolerància d'obertura es manté al nivell H7 (de 0 a +0.015mm) mitjançant la tecnologia composta de perforació i fresat d'alta-velocitat per assegurar-se que el segell funciona.
Braç de suspensió: un centre de mecanitzat CNC multi-eix pot fer un tall de superfície complex en una sola subjecció, amb una tolerància de forma i posició (com ara coaxialitat) inferior o igual a 0,02 mm, cosa que fa que el moviment sigui més estable.
2. Producció flexible: capaç de manejar molts tipus diferents i lots petits
Les peces compostes per a automòbils són "lleugeres i personalitzables", cosa que dificulta que la maquinària especialitzada tradicional estigui al dia amb la necessitat de canvis ràpids. El mecanitzat CNC fa que la producció sigui més flexible utilitzant els mètodes següents:
Sistema de fixació modular: canvieu els dispositius de posicionament per a diferents peces ràpidament, reduint el temps que triga a canviar de 2 hores a 15 minuts;
Programari de programació intel·ligent: basat en una plataforma integrada CAD/CAM, crea automàticament les millors rutes d'eines, la qual cosa significa menys treball per a les persones;
Supervisió i pagament en línia: els interferòmetres làser, els sensors de força i altres eines capturen dades de processament-en temps real i la configuració de tall es canvia sobre la marxa per assegurar-se que cada lot és el mateix.
Per exemple, una empresa de vehicles d'energia nova fabrica rodes de material compost mitjançant un centre de mecanitzat CNC de cinc -eixos. En optimitzar el codi, el temps que triga a processar un element es redueix de 45 minuts a 28 minuts, i la taxa de rebuig baixa del 12% al 0,8%.
3. Eines de tall especialitzades i optimització de processos: trobar solucions als reptes de processament de materials
A partir de les propietats dels materials compostos, s'han fet una sèrie de solucions personalitzades per al mecanitzat CNC.
S'utilitzen eines de diamant-revestit (PCD) o de nitrur de bor cúbic (CBN). Són de 3 a 5 vegades més durs que els aliatges durs i duren més de 10 vegades més;
Com tallar:
Procés de fresat invers: minimitza la possibilitat de delaminació i redueix els canvis en la força de tall;
Fresat cicloide: fent que el recorregut de l'eina sigui el més eficient possible, la calor del tall es distribueix per minimitzar el sobreescalfament en un sol punt;
Refrigeració a baixa temperatura: per mantenir la temperatura a l'àrea de processament per sota dels -50 graus, s'utilitza la tecnologia de refrigeració de nitrogen líquid o gas. Això atura la deformació tèrmica.
Optimització de paràmetres: utilitzeu proves ortogonals per trobar la millor velocitat de tall (800–1200 m/min), velocitat d'alimentació (0,05–0,1 mm/r) i profunditat de tall (0,2–0,5 mm) que equilibrin qualitat i eficiència.
4. Integració intel·ligent: Feu que tot el procés funcioni millor.
Els sistemes CNC moderns utilitzen IIoT, bessons digitals i IA per fer que la producció de material compost sigui més intel·ligent.
Simulació de bessons digitals: simulació del procés de mecanitzat en un espai virtual, trobant conflictes amb antelació, millorant els recorreguts de les eines i reduint el nombre de talls de prova;
Control adaptatiu: canvi dels paràmetres de tall en temps real en funció de la duresa del material, la direcció de les fibres i altres factors per mantenir el mecanitzat estable;
Manteniment predictiu: els sensors poden vigilar coses com la vibració de la màquina, la temperatura de l'eix i altres dades per esbrinar quan es desgastaran les eines o quan es trencaran els equips i, a continuació, es pot planificar el manteniment amb antelació.
Un proveïdor de peces d'automòbil a tot el món va instal·lar un sistema CNC intel·ligent, que va millorar l'eficiència global de l'equip (OEE) de la seva línia de mecanitzat d'eix d'accionament de material compost en un 40% i va reduir el cost de manteniment anual en un 35%.
3, Exemples de com l'està utilitzant la indústria i què depara el futur
1. Situacions habituals on s'utilitza
Components estructurals de la carrosseria: el Tesla Model S té panells de carrosseria CFRP que han estat processats CNC. Aquests panells són un 60% més lleugers que les peces d'acer i són segurs en cas d'accident perquè s'han fet amb un mecanitzat precís.
Parts del sistema d'alimentació: l'eix motriu de fibra de carboni del BMW i3 està tallat amb un CNC de cinc -eixos, cosa que li confereix un nivell d'equilibri dinàmic de G1.0 i el fa 5 dB més silenciós per funcionar. Parts interiors: el Mercedes Benz S-Class utilitza tires decoratives de fibra de carboni tallades CNC{- amb una rugositat superficial de Ra inferior o igual a 0,2 μm, que compleix les necessitats estètiques-de gamma alta.
2. Tendències en el desenvolupament futur
Mecanitzat d'ultra-precisió: el mecanitzat CNC ha de poder treballar amb materials compostos en piles de combustible d'hidrogen i bateries-sòlides, la qual cosa significa que ha de poder treballar amb una precisió de nivell-nanomètrica (± 0,001 mm).
Fer les coses d'una manera que sigui bona per al medi ambient: per reduir la quantitat de compostos orgànics volàtils (COV) alliberats durant la producció de materials compostos, hem d'aconseguir mètodes lliures de contaminació-com el tall en sec i la lubricació a baixa-temperatura.
La integració de processos compostos és l'ús de mecanitzat CNC, tall làser, tall per raig d'aigua i altres tecnologies junts per fer una solució "clau en mà" per fabricar peces amb materials compostos.
