Tarkkuustyökalut Komposiitit & Muovit Mukana tekninen liite www.lmt-tools.com
LMT Tool Systems GmbH Tätä julkaisua ei saa painaa kokonaisena tai osia siitä ilman lupaamme. Kaikki oikeudet on varattu. Kirjoitus- tai painovirheistä emme hyväksy mitään vaateita. Kaaviot, ominaisuudet ja mitat edustavat tilannetta tämän julkaisun painohetkellä. Varaamme oikeuden tehdä teknisiä muutoksia. Tuotteen visuaalinen ulkoasu ei välttämättä vastaa todellisuutta kaikissa yksityiskohdissa.
Sisällysluettelo 2 LMT Tool Systems:in 4 Valintataulukko 4 Yksiosaiset jyrsintätyökalut 5 Poraus 3 Piktogrammit Selitykset 5 Moniosaiset jyrsintätyökalut 6 Käyttösuositukset 6 Vakiomuovit 7 Korkean suorituskyvyn muovit 8 Kuituvahvistetut kestomuovit 9 Kuituvahvistettu kertamuovi/grafiitti 10 Hybridimateriaalit 10 Hunajakennomateriaalit 11 Yksiosaiset jyrsintyökalut 42 Porat 53 Moniosaiset jyrsintyökalut 59 Erikoistyökalut 60 Käyttö työkalujen ja muottien valmistuksessa 61 Liite 61 Muovien tärkeitä mekaanisia ominaisuuksia 64 Suosituksia muovien lastuamista varten 66 Kuituvahvisteisten muovien tärkeitä ominaisuuksia 69 Suosituksia kuituvahvisteisten muovien työstöä varten 72 Muita komposiitti materiaaleja: Sandwich, kerrosmateriaali, jne. 73 Muuntotaulukko tuuma / metri 74 Piktogrammien yleiskatsaus 75 Kyselykaavake erikoisjyrsimiä varten 76 Kyselykaavake erikoisporia varten www.lmt-tools.com 1
LMT Tool Systems:in COMPOSITE EXCELLENCE Muovi- ja komposiittimateriaalien käytöstä on tullut yksi 21.vuosisadan avainteknologioista teollisten tuotteiden valmistuksessa. Taas kerran avaruus- ja autoteollisuus ovat uranuurtajien rooleissa, mutta myös uudet alat kuten tuulivoimateollisuus ovat vaikuttamassa voimakkaasti komposiittien ja muovien tai lyhyesti C & P käytön lisääntymiseen. Meidän erityinen ja yleinen vaikutuksemme C & P -teknologiassa on se seikka, että nämä materiaalit eivät ole korvaamassa työkappaleen materiaaleja olemassa olevissa prosesseissa. Nämä uudet materiaalit vaativat omansa, erikoislaatuiset tuotantoprosessit työkappaleen suunnittelusta, raaka-aineesta ja esivalmistetuista kappaleista aina muotinvalmistukseen, trimmaukseen ja pintojen viimeistelyyn asti. Spesialistina lastuamis- ja työstötekniikassa LMT-ryhmä on toiminut C & P -teknologiassa enemmän kuin 40 vuotta kehittäen erikoisratkaisuja, jotka on sovellettu työkappaleen materiaalia ja tuotantoprosessia varten. Seuraamalla mottoa Eksperttien verkostuminen, LMT Tool Systems on tuonut yhteen osaamisensa C & P lastuamisessa kansainvälisesti suuntautuneessa segmentissä komposiittien ja muovien koneistusta varten. LMT Tool Systems tarjoaa suurimman valikoiman ratkaisuja C & P -lastuamista varten otsajyrsinnässä, muodon ja ääriviivan jyrsinnässä, sahauksessa, viistämisessä tai kaivertamisessa sekä myös poraamisessa ja poranreiän viimeistelyssä. Monien teknisten variaatioiden mukaisesti terämateriaalien tarjonta kattaa myös täydellisen alueen täydestä kovametallista, PVC tai timanttipinnoitusten yhdistelmistä monikiteisellä (PCD) tai yksikiteisellä (MCD) timantilla. Väitämme aina tarjoavamme parasta mahdollista suorituskykyä uusimman teknologian mukaisesti. Me olemme antaneet tälle toiminnalle nimen COMPOSITE EXCELLENCE. Tämän luettelon avulla COMPOSITE EXCELLENCE esittää LMT Tool Systems:in kanssa teille valikoiman tärkeimpiä vakiotyökaluja C & P työstöä varten. Me kutsumme Teidät kokemaan COMPOSITE EXCELLENCE:n LMT Tool Systems:in kanssa ja käyttämään hyväksi tietämystämme saavuttaaksenne parhaan mahdollisen valmistusprosessin. Neuvomme mielellään teitä. composites@lmt-tools.com www.lmt-tools.com www.carbon-composites.eu 2 www.lmt-tools.com
Piktogrammit Selitykset Yksiosaiset jyrsintyökalut Porat Moniosaiset jyrsintätyökalut Löydätte piktogrammien yleiskatsauksen liitteestä sivulta 74. www.lmt-tools.com 3
Valintataulukko Yksiosaiset jyrsintätyökalut 4 www.lmt-tools.com
Valintataulukko Yksiosaiset jyrsintätyökalut Poraus Moniosaiset jyrsintätyökalut www.lmt-tools.com 5
Käyttösuositukset Vakiomuovit Annetut lastuamisarvot ovat ohjearvoja, niitä on sovellettava kyseisen työstötapahtuman mukaisesti. 6 www.lmt-tools.com
Käyttösuositukset Korkean suorituskyvyn muovit Annetut lastuamisarvot ovat ohjearvoja, niitä on sovellettava kyseisen työstötapahtuman mukaisesti. www.lmt-tools.com 7
Käyttösuositukset Kuituvahvistetut kestomuovit Annetut lastuamisarvot ovat ohjearvoja, niitä on sovellettava kyseisen työstötapahtuman mukaisesti. 8 www.lmt-tools.com
Käyttösuositukset Kuituvahvistettu kertamuovi/grafiitti Annetut lastuamisarvot ovat ohjearvoja, niitä on sovellettava kyseisen työstötapahtuman mukaisesti. www.lmt-tools.com 9
Käyttösuositukset Hybridimateriaalit Hunajakennomateriaalit Annetut lastuamisarvot ovat ohjearvoja, niitä on sovellettava kyseisen työstötapahtuman mukaisesti. 10 www.lmt-tools.com
Tappijyrsin, yksihampainen www.lmt-tools.com 11
Tappijyrsin, yksihampainen Kysyttäessä: Pinnoitus 12 www.lmt-tools.com
Tappijyrsin, yksihampainen Kysyttäessä: Pinnoitus www.lmt-tools.com 13
Tappijyrsin, yksihampainen, Cristal Kysyttäessä: Pinnoitus Kiillotetun uran ja erittäin terävän leikkuusärmän ansiosta tämä yleistappijyrsin mahdollistaa parhaan mahdollisen pinnan laadun saavuttamisen. Monisärmäinen geometria tukee tätä vaikutusta tehokkaan lastun poiston avulla. 14 www.lmt-tools.com
Tappijyrsin, yksihampainen Kysyttäessä: Pinnoitus www.lmt-tools.com 15
Tappijyrsin, kaksihampainen Kysyttäessä: Pinnoitus Kaksihampainen vaihtoehto 13000 sarjalle: Yleisjyrsin muoveja varten. Vetävä lastuamisgeometria. 16 www.lmt-tools.com
Tappijyrsin, kaksihampainen Kaksihampainen sarja täydentää arvostettuja yksihampaisia suuremmalla halkaisijaalueella. Jyrkempi nousukulma saa aikaan pehmeissä muoveissa pehmeämmän leikkuun ja lastunpoiston ylöspäin. Kärkipisteen erikoisgeometria parantaa pohjapintojen viimeistelyä. www.lmt-tools.com 17
Tappijyrsin, kaksihampainen 18 www.lmt-tools.com
Tappijyrsin, kaksihampainen Kysyttäessä: Pinnoitus www.lmt-tools.com 19
Komposiitti fenoli, kolmihampainen Sopii yhtäläisesti matalia ja korkeita kierroslukuja varten CNC-käytössä. Tilavuudeltaan suuri lastutila mahdollistaa paremman viimeistelyn laadun ja vähentää lastuamisesta aiheutuvaa melua ja lastuamisvoimia. 20 www.lmt-tools.com
Pallopääjyrsin, kaksihampainen, pitkä Kysyttäessä: Pinnoitus www.lmt-tools.com 21
Superfinish pallopääjyrsin, kaksihampainen Uudenmallinen työkalugeometria erikoisella pallomuodolla, kiillotetulla päästökulmalla ja kiillotetulla lastutilalla mahdollistavat tällä työkalulla pinnanlaadun Ra 0,7 (metrinen) saavuttamisen ilman teknisessä muovissa näkyviä työstöjälkiä (esim. upotukset polviproteeseissa). 22 www.lmt-tools.com
Pallopääjyrsin, kaksihampainen, lyhyt ja pitkä Tämä jyrsin on erityisesti muoto- ja kopiojyrsintää varten. Parannettu geometria mahdollistaa paremman leikkuun verrattuna tavallisiin pallopääjyrsimiin. Pitkä versio on saatavissa vain tuumamitoituksella, metrisen, pitkän version kattaa sarja 117000. www.lmt-tools.com 23
Painejyrsin, kaksihampainen Suorat hampaat ja oikea-vasenkätinen nousu mahdollistavat muotojen jyrsimisen pehmeisiin muoveihin ilman purseita, myös kerrosmuoveilla. 24 www.lmt-tools.com
Kevlar jyrsin Tämä työkalu on erityisesti kevlar- tai aramidivahvistettujen materiaalien jyrsintää varten. Lastuamisurien erikoisgeometria mahdollistaa aramidikuitujen siistin leikkaamisen ja estää karvoittumisen tai laminoinnin purkautumisen. www.lmt-tools.com 25
Hunajakennojyrsin Jyrsintä voidaan käyttää useimpien hunajakennomateriaalien kanssa ja sillä on pitkä kestoikä siinä käytetyn kovametallisubstraatin ansiosta. Lisäksi erityinen leikkuugeometria mahdollistaa erinomaisen lastunpoiston. Työkalulla on pitkä leikkuupituus ja sitä voidaan käyttää myös tasojyrsinnässä. 26 www.lmt-tools.com
Komposiittirouteri Tämä työkalu on erityisesti lasikuidun (GFK) jyrsintää varten. Uran nousun suunta mahdollistaa kuitumateriaalin tehokkaan leikkaamisen. Timanttipinnoitetut variaatiot erittäin abrasiivisia materiaaleja varten löytyvät sarjasta 118000. www.lmt-tools.com 27
DFC-Komposiittirouteri Kulutusta kestävä timanttipinnoitus tekee tästä työkalusta erityisen kestävän työstettäessä hiilikuituvahvisteisia kertamuoveja. 28 www.lmt-tools.com
HPC-routteri www.lmt-tools.com 29
HPC-routteri Uusi suurtehokomposiittiroutteri on vastakohtana muille routtereille aito lastuamistyökalu. Syvät lastutilat parantavat lastunpoistoa ja näin lämmönjohtumista pois työkappaleesta. Tämä suojaa työkappaletta ja pidentää kestoikää. Geometria tuottaa tasaiset työkappaleen reunat ja mahdollistaa tarvittavasta jälkityöstä luopumisen. Kädessä pidettävillä työkoneilla tämä vähentää työntekijän tuntemia lastuamisvoimia, CNCkoneilla tuottavuus parantuu suuremman syötön ansiosta ja kappalekustannukset laskevat. Erilaisten kärkigeometrioiden ansiosta ohjelma on erittäin monipuolinen. Tarvittaessa työkalut voidaan tarjota myös timanttipinnoituksella. 30 www.lmt-tools.com
GRP-tappijyrsin www.lmt-tools.com 31
DFC-painejyrsin Painejyrsimen rakenteessa on LMT Onsrud huomioinut kaikki mahdolliset ongelmat, jotka voivat esiintyä työstettäessä kuituvahvistettuja työkappaleita. Vasenkätinen nousu tuottaa työkalun alaosassa paineen työkalun alareunalle jotta estettäisiin laminoinnin purkautuminen ja saataisiin paras mahdollinen reunan viimeistely, kun taas oikeakätinen nousu yläalueella tuottaa vastapaineen työkappaleen yläreunalle. Sulamisen estämistä varten vaikuttavat voimakkaan positiivinen lastuamiskulma ja syvät lastutilat ylikuumenemistä vastaan. Työkalu on saatavissa sekä AITiN-pinnotteella (Alumiini-titaaninitridi) että myös timanttipinnotteella (DFC) pisintä kestoikää varten. 32 www.lmt-tools.com
Tappijyrsin, Saphir, kaksihampainen Tämä uusi työkalu, jolla on superhieno leikkaavan särmän ja uran viimeistely antaa teille mahdollisuuden saavuttaa kiillotetun pinnan laatu PMMA-materiaaleilla (esim. pleksilasi) tai muilla läpinäkyvillä muoveilla. Tämä pinnanlaatu saavutettiin aikaisemmin vain luonnontimantista valmistetuilla työkaluilla. Käyttösuositus: 0,2 mm suurin sivusiirto (a e ). www.lmt-tools.com 33
Tappijyrsin, Saphir, yksihampainen Keskeltä leikkaava kärki mahdollistaa piston ja siistin työstön otsapinnalla. Käyttösuositus: 0,2 mm suurin sivusiirto (a e ). 34 www.lmt-tools.com
Painejyrsin Tämä uusi PCD-työkalu soveltuu erityisesti lasi- ja hiilikuituvahvistettujen muovien suurnopeusjyrsintään. Ilmoitetut minimi- ja maksimimateriaalivahvuudet antavat teille mahdollisuuden työskennellä painevyöhykkeen sisällä. www.lmt-tools.com 35
Tappijyrsin, kaksihampainen 36 www.lmt-tools.com
Serf-jyrsin, kaksihampainen Tämä työkalu soveltuu erityisesti rouhintaan. Ainutlaatuinen geometria vähentää lastuamisvoimia, mikä taas johtaa pidempään kestoikään ja suurempaan syöttöön ja pienempään meluun. www.lmt-tools.com 37
Serf-jyrsin viimeistelyterällä Lisäviimeistelyterä mahdollistaa saavuttaa tällä Serfjyrsinvariaatiolla vain yhdellä ajolla viimeistellyn pinnan. 38 www.lmt-tools.com
Timanttikorundi pallopääjyrsin www.lmt-tools.com 39
Superfinish kaiverrusjyrsin 40 www.lmt-tools.com
Superfinish kaiverrusjyrsin www.lmt-tools.com 41
HSS-pora 42 www.lmt-tools.com
HSS-pora www.lmt-tools.com 43
HSS-pora 44 www.lmt-tools.com
8 viistepora www.lmt-tools.com 45
8 viistepora Tämä pora on kehitetty vähentämään lastuamisvoimia ja estämään laminoinnin purkautuminen poran ulostulokohdassa. 46 www.lmt-tools.com
W-kärkipora www.lmt-tools.com 47
Kevlar -pora Tämä työkalu on tarkoitettu erityisesti Kevlar tai aramidivahvistettujen materiaalien poraamiseen. Terän kärjen erikoisgeometria mahdollistaa aramidikuitujen siistin leikkaamisen ja estää karvoittumisen tai laminaation purkautumisen. 48 www.lmt-tools.com
DFC-paraboolipora www.lmt-tools.com 49
Sandwich-pora 50 www.lmt-tools.com
8 viistepora www.lmt-tools.com 51
Mikropora LMT Belin on löytänyt ratkaisun, joka antaa teille mahdollisuuden porata halkaisijaltaan pienempiä kuin 3 mm reikiä myös PCD-työkalun suorituskyvyllä: Uuden juotostekniikkamme ansiosta olemme voineet toteuttaa terän kärjen monoliittisella PCD:llä, joka on juotettu täysikovametallivarteen. 52 www.lmt-tools.com
Timanttikorundijyrsin Tämä timanttikorundilla pinnoitettu työkalu on tarkoitettu käytettäväksi abrasiivisten materiaalien (grafiitti, fenoli tai lasikuitu) työstössä, jotta saavutettaisiin pitkä kestoikä. Työkalu on saatavissa myös pallopääotsapinnalla (katsokaa 29-050B). Painon säästö 35 % verrattuna vastaaviin työkaluihin parantaa käyttömahdollisuuksia 3- ja 5-akselisilla koneilla. www.lmt-tools.com 53
Timattikorundijyrsimen terävaihtoehdot 54 www.lmt-tools.com
Pitimiä erilaisia hunajakennokiekkojyrsimiä varten Tämä työkalu mahdollistaa hunajakennomateriaalien muoto- ja viistejyrsinnän materiaalipaksuuden ollessa alle 6mm. Patentoitu pidinjärjestelmä estää kiekon irtoamisen työkalun murtuessa. Lievästi taivutetut sahanterät tuottavat tasaisen yläpinnan. Kovametallisahanterät voidaan hioa useita kertoja. www.lmt-tools.com 55
Hunajakennojyrsin Painon säästö 35 % verrattuna vastaaviin työkaluihin parantaa käyttömahdollisuuksia 3- ja 5-akselisilla koneilla. Uusi hammasmuoto estää työkappaleen nousemisen koneen pöydältä. 56 www.lmt-tools.com
T-urajyrsin hunajakennoa varten Modulaarisesti suunniteltu työkalu on kehitetty erityisesti takaa työstettävien urien jyrsimistä varten hunajakennomateriaaliin. Työkalu koostuu varresta, valinnaisesti PCD kärjellä, joka hyväsyy timanttipinnan tai kovametallin siihen ruuvattavan työkalun alla. www.lmt-tools.com 57
Superfinish tasojyrsin 58 www.lmt-tools.com
Erikoistyökalut Laajan vakio-ohjelman lisäksi LMT Tool Systems tarjoaa myös teille yksittäisiä ratkaisuja työstettäessä komposiitteja ja muovia erikoistyökaluilla. Tyypilliset komposiitin poraustyökalut, kuten upotusporat ja väljentimet alumiinilla tai titaanilla vahvistettua CFRP:tä varten, syvän reiän porat tai muut erikoisporat, kuuluvat ohjelmaan. Työkappaleen ominaisuuksista riippuen, kaikki työkalut voidaan toteuttaa täysikovametallisina, DFC- tai PVD-pinnoituksella, juotettuina PCD-sandwich-kärjellä tai juotetuilla PCD-terillä. Vakiojyrsintäohjelmaamme täydentävät myös erikoistyökalut, jotka on suunniteltu erikoistyöstöolosuhteita ja erityisiä työkappaleen materiaaleja varten. Kyseisen teränmateriaalin valinta, makrogeometrian määrittely ja paras mahdollinen jäähdytysmenetelmä ja lastunpoisto ovat osa erikoistyökalukonseptiamme. Lähettäkää vain meille tiedustelu löydätte tiedustelukaavakkeemme liitteenä. www.lmt-tools.com 59
Käyttö työkalujen ja muottien valmistuksessa LMT Tool Systems:in uudessa komposiittien & muovien työstöä varten perustetussa segmentissä on liitetty 3D-geometrian työstön osaaminen erilaisten epämetallimateriaalien työstöön uudella motolla Die and Mold. Tämä erityinen sovellutuskenttä kattaa kaikki klassiset työkalun ja muottien työstöt, esim. mallikappaleet, prototyypit, prototyyppien muotit ja valumallit. Tämä hyödynnetään useimmiten käytettäessä vaahtoja tai hartseja, mutta menetelmät soveltuvat myös muotojen ja muottien jyrsintään, jotka ovat tehty erittäin tiheistä lasikuituseoksista, kuten G10 tai G11. Lopuksi voidaan löytää täysin samankaltaisia sovellutuksia muissa teollisuuden prosesseissa, kuten esim. muoviupotusten viimeistely polviproteeseja varten. LMT TOOL Systems:in lastuavien työkalujen osaaminen LMT Kieninger asiantuntijamme työkalujen ja muottien valmistuksessa tarjoaa yhteistyössä LMT Fette:n jyrsintäasiantuntijoiden kanssa täydellisen vakiojyrsinohjelman, joka on erikoistunut kaikkeen prototyyppien ja muotin valmistukseen. Erikois PCD-työkalut ja PCD-kärki-insertit täydentävät tämän tarjonnan 3D-jyrsintää varten. LMT Onsrud asiantuntijamme muovien työstöä varten on luonut erityisen täysikovametallityökalujen ohjelmann muottien valmistusta ja muuta metalliteollisuutta varten. Ottakaa yhteyttä lisätietoja varten: mouldanddie@lmt-tools.com 60 www.lmt-tools.com
LIITE Muovien tärkeitä mekaanisia ominaisuuksia Tuoteluettelo, joka keskittyy komposiittien & muovien työstöön, ei ole täysin soveltuva väline muovien käytön harjoitteluun, niiden kemialliseen koostumuksen ja ominaisuuksien opiskeluun. Kuitenkin on tarpeen tuoda esille eräitä työstöön liittyviä ominaisuuksia, että saataisiin erityisesti esille erot tyypillisiin metallien ominaisuuksiin. Muovit jaetaan yleensä kolmeen ryhmään: elastomeerit, kestomuovit ja kertamuovit. Elastomeereja käytetään yleensä hydraulisissa ja pneumaattisissa sovellutuksissa. Näiden tuotteiden valmistus vaatii harvoin koneistusta. Tämän vuoksi keskitymme seuraavassa kestomuovien ja kertamuovien erityisominaisuuksiin. Kestomuovien ominaisuudet Kestomuovit ovat yhden komponentin materiaaleja, ja ne muodostuvat harvoin haarautumattomista hiilimolekyylien ketjuista. Ne eivät ole myrkyllisiä ja kestävät tietyn lämpötila-alueen vaihtelua tarvittavan monta kertaa nestemäisen, tahnamaisen ja kiinteän olomuodon välillä kuten metallit. Tämä kertoo sen, että mekaaniset ominaisuudet, kuten kovuus, lujuus ja murtovenymä ovat lämpötilasta riippuvia. Kestomuovit tuhoutuvat peruuttamattomasti vasta maksimilämpötilan yläpuolella. Tämän ominaisuuden vuoksi kestomuovit ovat erityisen sopivia mastermuotteja (esim. ruiskupuristus) tai muovaus- tai muottiteknologiaa varten (esim. syväveto). Yhdessä täytemateriaalin tai kuidun kanssa kestomuovien peruttamattomia ominaisuuksia käytetään ensin tuotettaessa puolivalmisteita, esim. kyllästettyjä kuitukimppuja tai lyhyillä kuiduilla vahvistettuja levyjä, jotka sitten käsitellään toisessa muottivaiheessa valmiiksi tuotteeksi. Kestomuoviperheen sisällä erotamme amorfiset ja puolikristallimateriaalit. Amorfisia kestomuoveja luonnehtivat haarautumattomat sivumolekyyliketjut ja ne ovat läpinäkyviä värjäämättöminä eivätkä ne ole muovattavia. Tyypillisiä amorfisia kestomuoveja ovat PMMA ja PC 1). Puolikristallikestomuovit taas omaavat haarautuneet molekyyliketjut ja ne eivät ole läpinäkyviä (esim. PA, POM). Niiden käyttöalueella molemmat tyypit käyttäytyvät samalla tavalla kuin epämetallit, kuitenkin niillä on huomattavasti korkeammat lujuus- ja elastisuusarvot. Tärkeää työstettäessä kestomuoveja Erittäin voimakkaasti lämpötilasta riippuvat mekaaniset ominaisuudet aina nestemäiseen olomuotoon asti. Palautuva tietyllä lämpötila-alueella. Melko joustava ja luja, normaalisti lastunmuodostus kuin epämetalleilla. 1) Katsokaa sivuilta 6 10 täydellinen materiaalin määritys. www.lmt-tools.com 61
Muovien tärkeitä mekaanisia ominaisuuksia Kertamuovien (myös duroplasti) ominaisuuksia Kertamuovit ovat usean komponentin materiaaleja ja ne muodostuvat kahdesta komponentista: hartsista ja kovettajasta. Nämä komponentit muuttuvat peruuttamattomaksi kemialliseksi seokseksi. Eksoterminen kovettumisprosessi tapahtuu normaalisti määritetyllä lämpötila-alueella ja vastaavasti prosessi aktivoituu tietyn lämpötilakynnyksen ylitettyä. Täydellisen peruuttamattoman kovettumisen jälkeen kertamuoveilla on melkein vakiot mekaaniset ominaisuudet aina maksimilämpötilaan asti. Kovettumisen jälkeen kertamuovit ovat melkein amorfisia, kovia ja hauraita. Tämä tarkoittaa, että niillä on erittäin pieni muovattavuusalue. Tyypillisiä kertamuoveja ovat EP tai VP 1). Prosessoinnin aikana kertamuoveja luonnehtii erittäin matala viskositeetti. Koska niitä prosessoidaan erittäin harvoin ilman täyteaineita, prosessointi suoritetaan useimmiten käyttäen kyllästys- tai injektointitekniikkaa. Lämpötilasta riippuvaa kovettumisprosessin aktivointia käytetään hyväksi kertamuovien puolivalmisteiden tuotannossa: niin sanotut kertamuovit säilytetään jatkoprosessointia varten valmiiksi sekoitetussa tilassa. Kuitenkin kestomuoveihin verrattuna niiden kemiallinen tila ei ole vakaa; tämä tarkoittaa, ettei niitä voi käyttää maksimivarastointiajan ylityttyä. Tärkeää kertamuoveja koneistettaessa Melkein vakiot mekaaniset ominaisuudet aina maksimilämpötilaan asti. Prosessoinnin jälkeen kovettunut peruuttamattomasti. Melko kova ja hauras, normaalisti muodostaa pölyä, ei lastuja. Tärkeitä eroja metallien koneistamiseen verrattuna Kun metalleilla on lämpötilasta johtuva muodonmuutos suoraan lastuavan terän muodostaessa lastua, muoviteknologiassa tämä on päinvastoin: Kestomuovit muodostavat jo huoneen lämpötilassa lastuja, lisälämmön tuonnilla on yleensä kielteinen vaikutus, koska viskositeetti vähentyy korkeissa lämpötiloissa (lastuista tulee pehmeämpiä ja pidempiä ja ne voivat sulaa ja takertua työkaluun). Kertamuovit kuitenkin omaavat melkein vakio-ominaisuudet koko niiden käytön lämpötila-alueella. Kertamuoveja tarkasteltaessa leikkuusärmän lämpötilalla ei ole mitään merkitystä lastunmuodostuksessa. Koska kestomuovit vahingoittuvat peruuttamattomasti maksimilämpötilan yläpuolella kuten kertamuovit, on periaatteena lämmönmuodostuksen minimointi työstöprosessin aikana. Mitä suurempi materiaalin elastisuusalue on, sitä suurempi on niiden mekaanisten ominaisuuksien lämpötilariippuvuus. Jo työkappaleen pinnan minimaalinen lämpeneminen voi johtaa epätoivottuihin vaikutuksiin (esim. läpinäkyvän muovin rasvoittumiseen, halkeiluun, himmenemiseen) 1) Katsokaa sivuilta 6 10 täydellinen materiaalin määritys. 62 www.lmt-tools.com
Muovien tärkeitä mekaanisia ominaisuuksia www.lmt-tools.com 63
Suosituksia muovien lastuamista varten Seuraavat suositukset viittaavat alun perin täyttämättömiin muoveihin. Kuten edellä on mainittu, kaksi tekijää näyttelee määräävää osaa muovien lastuamisessa. Se on muovattavaa, mikä voidaan ilmaista sen murtovenymän parametreilla. Sen käyttö lämpötila-alueella, jolla kyseisellä muovilla on parhaat lujuusarvot. Seuraava kaavio näyttää yleisimpien kestomuovien ja kertamuovien käytön lämpötila-alueella niiden murtovenymärajan (suurimman jatkuvan lämpötilan alue yhdellä materiaaliryhmällä). Vertailun vuoksi tässä on annettu alumiinin vastaavat arvot. Näiden parametrien avulla kaikki muovit voidaan jakaa kahteen ryhmään, jolla ne omaavat hyvin samanlaisia työstöominaisuuksia: Vakiomuovit SP ja Korkean suorituskyvyn muovit HP Työkalun valinnan kriteerit Korkean suorituskyvyn muovit HP Mitä pienempi murtovenymä, sitä pienempi lastuamiskulma ja suurempi kiilakulma. Paras terän materiaali on PCD. Suuremmilla murtovenymillä (esim. pehmeä PEEK) lastuamiskulma kasvaa kun taas kiilakulmaa on pienennettävä. Paras terän materiaali on pinnoitettu täysikovametalli. Vakiomuovit SP SP vaatii yleensä suuremman lastuamiskulman kuin HP. Tämä sääntö on voimassa myös SP:tä varten: mitä pienempi murtovenymä, sitä pienempi lastuamiskulma saa olla. Mitä suurempi murtovenymä, sitä suurempi päästökulma on valittava. Läpinäkyvällä SP:llä suositellaan käyttämään viistettyä työkalua. Paras terämateriaali ilman täyte- ja lisäaineita olevaa SP:tä varten on pinnoittamaton kovametalli, vaativia viimeistelyvaiheita varten kuitenkin läpätyt PCD- tai MCD-lastuamissärmät ovat tarpeen. Syöttö hammasta kohden on määräävä tekijä Mitä enemmän materiaalia poistetaan yhdellä lastulla, sitä vähemmän lämpöä vapautuu suhteessa poistettuun materiaaliin. Tämän vuoksi syöttö hammasta kohden on määräävä tekijä vähennettäessä lämmön vaikutusta materiaaliin. Yleisiä ehtoja muovin prosessoinnissa Välttäkää lämmön muodostusta - valitsemalla sopiva työkalun geometria ja - maksimoimalla syöttö hammasta kohden Johtakaa syntynyt lämpö nopeasti pois työkappaleesta - vastajyrsinnällä - tehokkaalla pölyn imulla karalla ja - jäähdyttämällä ilmalla (käyttäkää muuta jäähdytystä vain jos se soveltuu kyseiselle materiaalille) 64 www.lmt-tools.com
Suosituksia muovien lastuamista varten Murtovenymä ja käytön lämpötila-alue kestomuoveja kertamuoveja varten verrattuna alumiiniin. Annetut arvot ovat vakioarvoja ja ne voivat vaihdella lisäaineiden laadusta ja määrästä riippuen. Pehmentäjiä, stabilisoijia, väriaineita ja täytemateriaaleja käytetään usein lisäaineina, jotta rakenneosa vastaisi kyseisiä tarpeita. www.lmt-tools.com 65
Kuituvahvisteisten muovien tärkeitä ominaisuuksia Moderni kevyiden rakenteiden suunnittelu perustuu kuituvahvistettuihin muovikomposiitteihin (tämän jälkeen niitä nimitetään FRP). Tässä yhteydessä ei ole mahdollista eikä käytännöllistä tehdä laajaa katsausta. Seuraavassa käsitellään vain tärkeimmät koneistuskriteerit yleisempiä sovellutuksia varten. Kuitu Yleensä kaikenlaista kuitua voidaan käyttää sidokseen. Se mitä kuitua käytetään mihinkin sovellutukseen, riippuu kuitujen fyysisistä ominaisuuksista. Näitä ovat esim. vetolujuus, kemialliset ominaisuudet, kuten esim. UV-vastustuskyky, mutta myös oleellisia ovat myös taloudelliset tekijät. Suorien valmistuskulujen lisäksi myös ympäristöasiat, erityisesti kierrätettävyys, ovat tärkeitä tekijöitä. Lasikuitukomposiitit (GFRP) muodostavat suurimman osuuden maailman kuitukomposiiteista. Ne tarjoavat parhaan kustannus-hyötysuhteen monia sovellutuksia varten. Erittäin kevyet rakenteet ja äärimmäiset mekaaniset ominaisuudet saavutetaan kuitenkin vain hiilikuitukomposiittien avulla (CFRP). Orgaaninen kuitu ja mineraalikuidut ovat nykyään saaneet merkitystä, mutta niillä on pieni markkinaosuus ja sen vuoksi niitä ei käsitellä enempää tässä yhteydessä. Lasikuitu on haurasta ja sillä on suuri vetolujuus. Hiilikuitu on myös haurasta; kuitenkin sillä on paljon suurempi vetolujuus. Aramidi- ja kevlar-kuidut liittyvät hiilikuituihin, mutta niillä on merkittävästi parempi muovattavuus ja murtovenymä. Kuidut voidaan sijoittaa eri tavoilla komposiittiin. Käsittelyä ja prosessia varten voimme tehdä eron seuraavien kuitujen välillä: lyhyet kuidut pitkät tai päättymättömät kuidut ja kudos Matriisi Matriisi kuvaa sidosvälinettä, jonka avulla kuidut pidetään yhdessä. Yleensä kuitukomposiitit tuotetaan kestomuovien sekä myös kertamuovien yhdistelminä, erilaisia valmistusmenetelmiä ei selitetä enempää tässä yhteydessä. Matriisimateriaalien työstöominaisuudet on jo kuvattu yksityiskohtaisesti aikaisemmissa kohdissa. Kaksi seikkaa matriisien terminologiassa ovat tärkeitä, jotta ymmärrettäisiin työstömekanismi: Matriisimateriaali itsessään on isotrooppinen tai kvasi-isotrooppinen: tämä tarkoittaa mekaanisten ominaisuuksien olevan samoja joka suuntaan. Matriisin ja kuidun välillä ei ole kemiallista sidosta. Kuitu vain ympäröi matriisin. 66 www.lmt-tools.com
Kuituvahvisteisten muovien tärkeitä ominaisuuksia Kuitukomposiitit Koneistukseen liittyen voidaan erottaa kolme materiaaliryhmää: Lyhyillä kuiduilla vahvistetut FRP:t ovat säännön mukaisesti kvasi-isotrooppisia ja niitä tuotetaan termoplastisten matriisien avulla. Niitä voidaan tuottaa tällöin puolivalmisteina tai rakeina. Lopulliseksi tuotteeksi ne voidaan prosessoida esim. syvävedon tai pursotustekniikan avulla. Kuituvahvistetut FRP:t ovat anisotrooppisia ja kattavat valtavan alueen. Käsin laminoidut surffauslaudat ja formula 1 rungot ovat osaltaan ääripäissä erityisen lujuutensa johdosta. Pitkillä päättymättömillä kuiduilla vahvistetut FRP:t ovat myös anisotrooppisia, mutta ne voivat saavuttaa kuormitusoptimoidun suuntauksen ja niillä on suurempi kuituosuus merkittävästi suuremmalla tiheydellä kuin kuituvahvistetuilla FRP:llä kerroksittain käytettyjen yksisuuntaisten kuitujen ansiosta. Niitä käytetään yleensä erittäin raskaasti kuormitetuissa komponenteissa, esim. lentokoneen rungot tai paineastiat. Tiheys ja vetolujuus ovat määrääviä ominaisuuksia konstruktiomateriaalille; merkittävää niiden käytössä on kuitenkin suhde molempiin tekijöihin: spesifinen lujuus. Seuraava grafiikka näyttää miksi kuitukomposiitit ovat täydellinen ratkaisu kevytrakenteisia konstruktioita varten. Hiilikuitukomposiitit ovat erityisen ainutlaatuisia niiden suuren lujuuden vuoksi ja näin ne ovat ylivoimaisia alumiiniin verrattuna. Edelleen CFRP:llä on erittäin pieni lämpölaajenemiskerroin ja suuri korroosion vastustuskyky, edullinen iskunkesto ja korkea värähtelynkestokyky. Kuituvahvisteisten muovien erityinen lujuus verrattuna puuhun, alumiiniin ja teräkseen. 1) Kuituorientaatio 0 o /+-45 o =1/1 www.lmt-tools.com 67
Kuituvahvisteisten muovien tärkeitä ominaisuuksia Kuitenkin on olemassa laaja alue, joka koskee kuitukomposiittien mekaanisia ominaisuuksia. Seuraava taulukko näyttää eräitä tyypillisiä lasi- hiilikuituvahvistettuja kestomuoveja (GF ja CF) sekä myös kertamuovien hiilikuitukomposiitteja (EP-CF) verrattuna teräkseen ja alumiiniin. Taulukosta selviää, että kuitukomposiitti ei yleensä voi korvata metallia, mutta sitä voidaan käyttää sopivissa kuormitustapauksissa. Annetut arvot ovat vakioarvoja ja ne voivat vaihdella lisäaineiden laadun ja määrän mukaisesti (lisäaineseokset). 68 www.lmt-tools.com
Suosituksia kuituvahvisteisten muovien työstöön Kuten aikaisemmassa kohdassa on mainittu, FRP:n alue ja ominaisuudet ovat erittäin laajoja. Seuraavat suositukset eivät ole tämän vuoksi kaiken kattavia, vaan rajoittuvat oleellisiin tekijöihin prosessoitaessa tavallisimpia FRP-muoveja. Työstöominaisuuksien kriteerit Välttäkää komponentin mekaanista vahingoittumista (delaminaatio), tuottakaa työkappaleelle sileä pinta sekä myös hyvät ja purseettomat reunat, noudattakaa kaikkia vaadittuja valmistustoleransseja. Tehokkuuden kriteerit Tuotantoajan vähentäminen prosessin luotettavuuden optimointi ja työkalun kestoiän maksimointi Kysymyksiä ennen työkalun valintaa Mikä matriisi (kestomuovit, kertamuovit, korkean suorituskyvyn muovit vai vakiomuovit)? Mikä kuitumateriaali (lasi, kevlar, muut...)? Mikä on kuidun volyymi (prosentteina)? Miten kuitu on sijoitettu (suuntaamaton lyhyt kuitu, yksisuuntaiset punokset, punokset...)? Kuidun käyttäytyminen prosessoinnin aikana Yleissääntönä seuraava koskee lasi-, hiili- ja kevlar-kuituja: Kuitu lohkaistaan, sitä ei leikata. On eroja johtuen erilaisesta murtovenymästä. Kevlar-kuitujen ominaisuuksia on korostettava erityisesti, koska ne tarvitsevat erityisiä työkaluratkaisuja jyrsinnässä ja porauksessa suuresta joustavuudesta johtuen (katsokaa yleiskatsausta). Jotta saavuttaisitte kuidun parhaan lohkaisuvaikutuksen, teidän on varmistettava että kuitu jää tuetuksi matriisiin työkappaleessa, että terävät leikkaussärmät ovat käytössä, jotta saataisiin aikaan melko korkea paine erittäin pienelle lohkaisualueelle. Laminaation purkautuminen Laminaation purkautuminen tarkoittaa yksittäisten kuitukerrosten paikallista erottumista materiaalista ja näin paikallista kiinteyden menetystä. Porausvaiheiden aikana laminaation purkautumista esiintyy erityisesti työkappaleen ylä tai alareunassa (niin kutsuttu kuorinta tai työntö), mutta jos erottumat ovat materiaalin ydinkerroksessa, niin ne ovat vaikeasti havaittavissa ja ne voivat johtaa vakaviin vahinkoihin jatkossa erityisesti jatkuvan kuormituksen alaisina. Merkittäviä syitä laminaation purkautumiseen ovat paikallinen ylikuumeneminen ja tämän vuoksi matriisin mekaanisten ominaisuuksien menetys (hartsin palaminen), kuorintapaine, joka johtuu liian suuresta aksiaalisesta paineesta/vedosta (työntö ulos) tai kitkasta (kuorinta) ja suuritaajuusvärinöistä luonnollisella taajuusalueella. www.lmt-tools.com 69
Suosituksia kuituvahvisteisten muovien työstöä varten Reunan lohkeaminen ja kuidun repeäminen Reunan lohkeaminen ja kuidun repeäminen ovat laminaation purkautumisen tyyppejä. Kuitenkin ne eivät normaalisti aiheuta mitään komponentin stabiliteetin menetystä. Kuidun liian suuren pituuden ja lohkeilleen pinnan aiheuttamat seuraukset ovat enemmän ulkonäköongelmia kuin käyttöongelmia. Lohkeilleita pintoja ilmestyy erityisesti hauraissa matriisi materiaaleissa, kuten epoksihartsi (EP), kuidun liiallista pituutta esiintyy, jos kuitua ei ole tuettu riittävästi matriisissa tai työkalu ei voi lohkaista sitä irti. Yleisimmät syyt ovat tylsä tai voimakkaasti viistetty leikkaussärmä (riittämätön lohkaisuvaikutus), liian suuri veto tai paine johtuen työkalusta (nousu) tai värinät (työkalu iskee kappaleita hauraasta matriisista). Paineteknologia Ei ole mitään yleissääntöä parasta työkalua varten, koska lajit ja prosessin erikoisvaatimukset vaihtelevat liian paljon. Kuitenkin paineteknologian esimerkki, kuten tyypillinen FRP-työkalu, näyttää, analogian puun työstön kanssa olevan tehokkaampi tapa kuin metallintyöstöstä johdetut menetelmät. Painejyrsintätyökaluilla on työstösuuntaa vastaan toimiva nousu ja tämän vuoksi ne painavat työkalun ylä- tai alapuolta. Tämän vuoksi saavutetaan paras mahdollinen lohkaisuvaikutus, jonka avulla luodaan erittäin ideaalinen työkalun särmä. Lisäksi aksiaaliset voimat ovat melkein nollassa, mikä vähentää laminaation purkautumisen vaaraa ja minimoi värinät. Kuitenkin painetyökaluilla on rajoitettu lastunpoistokyky. Erityisesti jyrsittäessä täysiä uria ja pehmeillä materiaaleilla tämän tyyppisten työkalujen (katsokaa sivut 32, 35) käyttö on jonkin verran rajoitettua. Parhaaseen terämateriaaliin liittyviä yleistyksiä Kuituvahvistettujen materiaalien työstö olisi aina suoritettava kulutusta kestävillä työkaluilla. Parhaat terän materiaalit ovat PCD tai kovametalli timantti- tai hiilipinnoituksella. Lasikuituvahvistetut materiaalit tarvitsevat myös työkalun kulumisen suojausta: paras kustannus-hyötysuhde saavutetaan klassisella ohuella PVD-pinnoituksella (esim. AITiN). Vain lyhyillä kuiduilla vahvistetut kestomuovit, joilla on matala kuitutilavuus (<20 %) voidaan työstää kohtuullisesti pinnoittamattomilla materiaaleilla. 70 www.lmt-tools.com
Suosituksia kuituvahvisteisten muovien työstöä varten Yleisiä seikkoja kuituvahvisteisten muovien työstöä varten Välttäkää lämmön muodostusta: - Valitkaa sopiva työkalun geometria ja - maksimoikaa syöttö hammasta kohden. Ilman puhallus ja jäähdytys: - tehokas ilman puhallus karalle ja - jäähdytys ilmalla (käyttäkää muuta jäähdytystä, joka soveltuu kyseiselle materiaalille). Työstö yhdellä valmistusaskeleella: - Optimaalisesti valitulla työkalulla ei ole tarpeen suorittaa rouhintaa + viimeistelyä, erillisinä ne vähentävät tuottavuutta. Hammassyötön ja lastuamissyvyyden maksimointi: - Määräävä tekijä on materiaalin poisto lastua kohden. - Kaikki muut työstöparametrit on optimoitava koneen ominaisuuksien mukaisesti Vastajyrsintä: - Poistaa lämpöä kappaleesta, - vähentää mekaanisen vaurion riskiä (ei kohtisuoraa painetta kappaleelle), - tuottaa paremman pinnan laadun (kuitu jää tuetuksi matriisiin) ja mahdollistaa tarkemman koneistuksen (ei kellumista ). Fres = resultattivoima Myötäjyrsintä vastajyrsintään verrattuna. Työstön aikana vastajyrsinnässä lastuava särmä työskentelee aina maksimaalisesti tuettua kuitua vasten, lastut ja näin myös lämpö poistetaan kappaleesta, lastuava särmä jäähtyy ennen kuin se saavuttaa uudestaan kappaleen, lastuavan särmän paine toimii samansuuntaisesti työstösuunnan kanssa. www.lmt-tools.com 71
Muita komposiittimateriaaleja: Sandwich, kerrosmateriaali, jne. Yleissäännöt valtavaa materiaaliyhdistelmien aluetta varten eivät ole järkeviä eivätkä ne voi koskaan olla täysin kattavia johtuen komposiittimateriaalin teknologian valtavasta dynaamisuudesta. LMT Tools:in sovellutusinsinöörit neuvovat mielellään teitä erikoissovellutuksissa. Seuraavassa löydätte kuitenkin eräitä lyhyitä ohjeita koskien termejä kerrosmateriaali (stack) ja sandwich : Kerrosmateriaali Tyypillinen sovellutus ilmailutekniikassa. Materiaali: - On yhdistetty useita kerroksia CFRP:tä tai yhdistelmiä CFRP:stä ja alumiinista ja/tai titaanista. - Sääntönä on, että kerroksia ei ole liimattu yhteen. Yleensä porausvaiheita (niitin uran porauksessa tai syvänreiän porauksessa ruuveja varten) seuraavien menetelmien avulla: - Käsiohjatut porausyksiköt, - paineilmakäyttöiset porausyksiköt, - robotit, - portaalikoneet. Pääongelmat työstön aikana - Metallilastut voivat vahingoittaa reikää CFRP materiaalissa tai liukua materiaalikerrosten välillä. - Erilaiset lämpölaajenemiskertoimet voivat johtaa toleranssista poikkeamiseen. - Laminaation purkautuminen reiän sisään syötössä tai ulostulossa. Tärkeitä tekijöitä työkalun valinnassa: - Kärjen kulman ja kartion säätö on tarpeen. - Ilman tuontia jäähdytysreikien kautta tarvitaan jäähdyttämään ja tukemaan lastunpoistoa. - Nousulliset urat ovat tarpeen melkein aina, vain CFRP/CFRP-yhdistelmät mahdollistavat työstön suorauraisilla työkaluilla. Sandwich Rakenne on yleensä lopullisten kerrosten, jotka ovat mitoitettu erityisesti vetolujuuden ja/tai ulkonäön mukaisesti, sekä yhden tai usean ydinmateriaalin monikerroksinen yhdistelmä, jolla on tilavuuteen nähden pieni paino. Tyypillisiä ydinkerroksia ovat: - Hunajakenno, joka muodostuu fenolihartsilla kyllästetystä paperista tai alumiinista, - vaahdot, esim. valmistettu polyuretaanista, polystyreenistä, polyetyleenistä tai myös, - puu Tyypillisiä päällyspinnan materiaaleja ovat esim.: - CFRP - GFRP - Alumiini - Lyhyillä kuiduilla vahvistetut kestomuovit Tyypillisiä työstöongelmia ovat esim.: - Yläkerroksen halkeamien välttäminen, - voimakkaasti suuntautuneiden materiaalien, kuten puu tai hunajakenno, 3D-työstö, - eri kerrosten voimakkaasti eroava kuluttava vaikutus,... 72 www.lmt-tools.com
Muuntotaulukko tuuma / metri www.lmt-tools.com 73
Piktogrammien yleiskatsaus 74 www.lmt-tools.com
Kyselykaavake erikoisjyrsimiä varten Täyttäkää kaavake ja lähettäkää: www.lmt-tools.com 75
Kyselykaavake erikoisporia varten Täyttäkää kaavake ja lähettäkää: 76 www.lmt-tools.com