Высокоэффективные решения для обработки композитных материалов от компании METROM Mechatronische Maschinen

Новости

Все новости

В связи с широким использованием и применением в различных отраслях графитопластов, керамокомпозитов, углепластиков, стекловолокнитов и прочих типов композитных материалов на основе металлической, полимерной и керамической матрицы в настоящее время задачи их эффективной обработки становятся как никогда актуальными.

 
При обработке композитных материалов применяются следующие основные технологические методы:
  • механический (с использованием ультразвуковых технологий);
  • гидроабразивный;
  • лазерный.
Каждый из упомянутых способов обработки имеет свои преимущества и недостатки, которые обусловлены техническими параметрами оборудования и свойствами композитов.
 

Особенности обработки

Механический способ обработки композитного материала приводит к образованию большого количества пыли. В случае притупления режущего инструмента качество обработки получается низкое, не соответствующее стандартам. Нередко материал расслаивается, края обработки оплавляются, нарушается целостность волокнистого слоя. Все это приводит к изменениям характеристик композитного материала. 
 
Гидроабразивный способ хорош высокой точностью и производительностью. Он позволяет обрабатывать композитные листы значительной толщины. Но и у этого способа есть недостаток: во время обработки полимерный слой в месте нарушения целостности может насыщаться влагой и терять свои первоначальные свойства из-за разрушения молекулярных связей.
 
Для лазерной обработки свойственна высокая точность и скорость раскроя, а также практически неограниченная площадь обрабатываемого изделия. Однако лазер может привести к термической деструкции матрицы полимера, а края резки могут при этом оплавляться.
 
На сегодняшний день самой точной и доступной по цене считается механическая обработка. Для достижения высокого качества используется профессиональное высокотехнологичное оборудование – 5-ти и более координатные обрабатывающие центры с ЧПУ. Такое оборудование может быть оснащено съемной лазерной или ультразвуковой головкой с высокой пиковой мощностью и короткой длиной импульса.
 
В качестве режущего инструмента таких обрабатывающих центров выступают твердосплавные буры, сверла и фрезы, а также инструмент с напылением из поликристаллических алмазов.
 

Требования к оборудованию для обработки композитов

Когда речь идет об обработке нескольких композитных панелей, то можно обойтись электродрелью, циркулярной пилой или другими подручными средствами. При этом должно соблюдаться направление движения режущих инструментов в соответствии с указаниями их производителей. Однако итоговое изделие будет обладать недостаточной точностью обработки и потребуется длительная ручная доводка до необходимых параметров.
 
В случае сложных изделий и промышленных масштабов обработки угле-, стеклопластика и других композитов лучше использовать оборудование, специально разработанное для обработки композиционных материалов. В космической, авиационной, машиностроительной, энергетической и других отраслях промышленности используют оборудование с 5-тью и более осями для выполнения задач особой сложности с высокой точностью.
 
При обработке композитных материалов на основе полимерной матрицы необходимо обеспечить:
 
- отвод пыли В процессе сверления, раскроя и фрезерования композитных материалов образуется большой объем пыли. Выполнение этого требования обеспечивает точность обработки и необходимые эксплуатационные условия для режущего инструмента, а также общую отказоустойчивость оборудования;
- охлаждение материала и режущего инструментато необходимо для предотвращения оплавления краев в местах реза и сверления, а также во избежание термической деструкции матрицы полимера. При трении снижение температуры заготовки и режущего инструмента обеспечивается доступомохлаждающей воздушной или водной струи;
- высокие обороты и подачу, а также требуемую конфигурацию режущего инструментаПрименение острого инструмента, функционирующего от электропривода по принципу осевого высокоскоростного вращения, препятствует как верхней деламинации, так и внутреннему деструктивному процессу, позволяет минимизировать основные дефекты, возникающие при лезвийной механической обработке: растрескивание матрицы, расслоение, выдергивание и непрорез волокон;
- многоосевую обработку объемных изделий, необходимых для применения в различных отрасляхПри выполнении указанных требований достигается высокоточная обработка композиционных материалов, в результате которой из одной заготовки после полного цикла обработки на одном станке может получиться готовое изделие.
 
Однако какое оборудование удовлетворяет всем перечисленным требованиям?
 
METROM - станки для обработки композитов в стандартном исполнении и под заказ
 
Компания METROM mechatronische maschinen GmbH выполнила все требования к обработке композитов, создав оборудование с оптимальной кинематикой и конструкцией. Обработка слоистого полимера без нарушения структуры материала теперь не вызывает трудностей и позволяет придавать деталям нужную конструктивную форму с использованием процесса высокоскоростной обработки.
 
С оборудованием, которое работает на основе многостоечной параллельной кинематики, в сжатые сроки выполняется комплекс самой сложной обработки как обычных, так и композитных материалов.
В стандартном исполнении представлены 5, 6, 7-ми (и более) координатные станки следующих типов:
  • стационарные станки с большой рабочей зоной;
  • обрабатывающие центры портального типа;
  • мобильные станки.

Принцип строения главного шпинделя и модель двадцатигранной рамы 

 
Конструкция мехатронного высокоскоростного высокоточного оборудования представляет собой обрабатывающий узел (шпиндель), который приводится в движение посредством 5-ти стоек, закрепленных на двадцатигранной раме. Пять степеней свободы движения обеспечивают беспрепятственное управление движением шпинделя с режущим инструментом.
 

Преимущества оборудования METROM для обработки композитных материалов

Оборудование также оснащается станцией для чистки конуса шпинделя, инструментальной оснастки и инструмента перед его сменой, которая осуществляет обдув воздухом в 2-х или более положениях. Магазин инструмента имеет закрытое герметичное исполнение. В рабочей зоне находится закрытый бокс для кнопок управления и маховика. Сделаны дополнительные уплотнения V-оси (стола перемещения), а также специальные крышки с прокладками для операций технического обслуживания.
 
 
Стационарные станки и обрабатывающие центры обладают полностью закрытой рабочей зоной и комплектуются специальной системой вытяжки. Приточная система чистого воздуха обеспечивает уменьшение концентрации мелкодисперсной пыли в воздухе, а вытяжная система осуществляет отвод воздушной массы с примесями полимерной пыли.
Для предотвращения деламинации композита и сохранения структурной целостности слоев, прилегающих к месту реза или сверления, создаются особые условия работы с обрабатываемым изделием. Высокоскоростной режим достигается рабочей подачей до 60 000 мм/мин и ускорением в 8–10 м/с2 . При необходимости глубина реза за один проход может быть настолько мала, что не будет приводить к деструктуризации поверхностных слоев и матрицы полимера. За короткий промежуток времени станок может выполнить множество однородных операций с высокой степенью повторяемости параметров.
Высокая точность при обработке композитов очень важна, так как речь идет в основном о деталях аэрокосмической техники, энергетических устройств и прочего, где малейшее отклонение от расчетных параметров грозит изменением характеристик всей конструкции. А это может привести к разрушительным последствиям. Точность обработки по всей рабочей зоне составляет 0,005–0,0225 мм. Чтобы предотвратить перегревание рабочих узлов оборудования и композита в месте обработки, разработчики предусмотрели охлаждение рамы и осей. Процесс осуществляется подачей охлаждающей жидкости по трубчатой конструкции, а благодаря воздушному охлаждению через шпиндель поддерживается комнатная температура рабочей зоны.
При необходимости обрабатывающие центры METROM могут производить обработку с использованием ультразвука для обработки высокотехнологичных материалов: керамики, стекла, корунда, твердых сплавов, графита с карбидом кремния и так далее. Для этого используется специальная оснастка. Использование ультразвуковой оснастки позволяет для некоторых материалов:

 • повысить качество обработки: избежать поломки волокна, его расслоения, уменьшить образование заусенцев;

• увеличить срок службы инструмента;

• сократить время обработки изделий при заданной точности.

 

Мобильные станки и обрабатывающие модули

Уникальным решением являются мобильные 5-ти (и более) координатные станки МЕТРОМ, которые позволяют существлять высокоскоростные высокоточные операции непосредственно на изделии без его перемещения. Особенно эффективными такие решения становятся при обработке габаритных изделий. Использование таких станков в качестве модулей дает возможность построения гибких обрабатывающих комплексов с последующей перекомпоновкой под другие задачи при необходимости.

Обрабатывающий комплекс сконструирован по модульному принципу. Основными его элементами являются два обрабатывающих модуля PM2000, представляющие собой пятистоечные 5-ти координатные станки с параллельной кинематикой. Каждый обрабатывающий модуль имеет возможность проводить 5-ти координатную обработку с рабочей зоной XYZ = 1900×1900×1000 с возможностью поворота шпинделя по осям A и B. Каждый из модулей имеет раму, придающую им дополнительную подвижность и увеличивающую зону обработки. Обрабатывающий центр также включает в себя поворотный стол диаметром 5 метров с возможностью перемещения по оси V на 1500 мм. Каждый обрабатывающий модуль имеет отдельную систему ЧПУ с интеграцией с осями C и V.

3D печать композитных материалов

 Другой уникальной особенностью решений от METROM является возможность совмещения нескольких технологий на одном оборудовании. Одной из таких возможностей является 3D печать. Совместно с научно-исследовательскими организациями Германии и ведущими автопроизводителями компания успешно реализовала несколько проектов по 3-х мерной печати композитных материалов с возможностью их последующей механической обработки на том же оборудовании. Благодаря динамике оборудования METROM и новым технологиям были получены уникальные результаты: достигнута производительность, в двести раз превышающая показатели традиционных методов 3D печати. 

Сварка трением с перемешиванием композитных материалов

Компания METROM mechatronische maschinen GmbH также предлагает свое решение для выполнения сварки трением с перемешиванием сложных трехмерных элементов, в том числе и из композитных материалов. Обрабатывающие центры выполняют трехмерную сварку трением с перемешиванием сложных элементов с возможностью механической обработки стыков на том же оборудовании.

Для дополнительных консультаций, пожалуйста, обращайтесь в компанию «ИНТЕРТУЛМАШ», которая является официальным представителем и поставщиком продукции и услуг компании METROM mechatronische maschinen GmbH в России и СНГ.

http://www.i-mash.ru

Рекламодатели

Партнёры

Новостная рассылка

Будьте в курсе наших последних новостей. Оформите бесплатно персональную новостную рассылку.