Per lavorare i materiali compositi con intelligenza.

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1 _ COMPETENZA NELL ASPORTAZIONE DEL TRUCIOLO Per lavorare i materiali compositi con intelligenza. Speciale Settori Materiali compositi

2 HIGH-TECH NELL ASPORTAZIONE DEL TRUCIOLO. Fra i materiali compositi, quelli sintetici rinforzati in fibra di carbonio (o, più brevemente, fibre di carbonio ) sono senz altro i più noti. La fibra di carbonio è un materiale tecnologico fondamentale, impiegato dove occorrano elevati valori di resistenza e rigidità per peso specifico: ad esempio nella costruzione di veicoli, nella produzione di vetture sportive o nell industria aerospaziale. Nel settore aeronautico, le particolari caratteristiche della fibra di carbonio consentono maggiore autonomia ed un minore consumo di energia; inoltre, la maggiore rigidità permette una maggiore pressione in cabina. L eccellente resistenza alla corrosione della fibra di carbonio consente una maggiore umidità atmosferica in cabina, cosa apprezzata dai passeggeri, soprattutto sui lunghi tragitti. Oltre a tutto ciò, la fibra di carbonio non presenta necessità quanto a cura e manutenzione. Per contro, la lavorazione della fibra di carbonio è molto impegnativa: essenzialmente occorre eliminare la delaminazione e le sbavature di fibre. Data la presenza di fibre abrasive, la lavorazione con utensili convenzionali è esclusa; particolari materiali compositi (stack), come la fibra di carbonio e il titanio, complicano ulteriormente la lavorazione, date le caratteristiche di materiale opposte. Come fornitori di soluzioni complete dalla solida esperienza, vi offriamo le soluzioni di lavorazione più adatte per fibra di carbonio e materiali simili. A titolo di esempio, vi mostreremo qui una selezione dei nostri utensili di foratura high-tech per materiali compositi utilizzati nell industria aerospaziale. I nostri specialisti saranno lieti di esaminare la vostra applicazione. Contattateci!

3 TECNOLOGIA PKD VEIN 1 Nella foratura della fibra di carbonio e del titanio, gli utensili PKD Vein Walter consentono elevate velocità di taglio e un eccellente precisione dimensionale, unitamente ad una minima usura. Nella testa in metallo duro di questi utensili è integrata una PKD Vein sinterizzata. La testa dell utensile è saldata sul codolo e la geometria è rettificata e levigata ad erosione con esattezza. Così si costruiscono utensili high-tech per applicazioni impegnative. Punta a tre tagli Walter Titex PKD Vein La PKD Vein* viene sinterizzata a 1500 C e a bar: tale processo rende questa punta a tre tagli un utensile high-tech ideale per eccellenti valori di lavorazione, senza sfrangiature e con ridotta formazione di bave nel titanio. * Vein = inglese per vena. Canalini di lubrificazione interni PKD saldato per svasatura PKD Vein Camera di reazione Testa in metallo duro riempita con polvere di PKD Testa in metallo duro Giunzione saldata Elemento grezzo in metallo duro Testa in metallo duro Processo di sinterizzazione PKD Testa in metallo duro con PKD saldata sull elemento grezzo AFT1P, angolo di testa 130 Geometria per stack di materiali compositi in fibra e metallo. Geometria dei taglienti per materiali in titanio, ottimizzata con canalini di lubrificazione integrati per lavorazione ad emulsione e a lubrificazione minimale (MMS). AF3P, angolo di testa 125 /90 Geometria specifica per fibre unidirezionali e per altri materiali in fibra ad elevato rischio di delaminazione. Indicata anche per fibre e tessuti multidirezionali. AFE1P, affilatura forma E Geometria per componenti in fibra di carbonio bombati, materiali sottili e fibre di aramide. Utensile utilizzabile in alternativa alla geometria AF3P. Ricondizionamento: 23 volte Ricondizionamento: 24 volte Ricondizionamento: 12 volte

4 FUSOLIERA IN FIBRA DI CARBONIO Per lavorare i rivestimenti di fusoliere in fibra di carbonio ed i relativi elementi, vengono impiegati impianti di rivettatura piana, flextrack e robot a controllo CNC, unità di foratura ad avanzamento e trapani manuali. Per ciascuna di queste applicazioni a lubrificazione minimale (MMS), a secco o ad emulsione Walter offre l utensile di lavorazione appropriato. Per la lavorazione della fibra di carbonio, ad esempio, puntiamo su utensili in metallo duro integrale con rivestimento in PKD e al diamante: questi materiali da taglio offrono Punta a tre tagli Walter Titex con gradino AF1D per telai di finestrini Il gradino di foratura consente un esatto posizionamento dell unità di foratura ad avanzamento con staffa a C. La svasatura viene direttamente ricavata con la procedura detta One-shot Drilling. Il rivestimento al diamante incrementa sensibilmente la vita utensile. Trapano manuale Operazione di foratura manuale Punta a tre tagli Walter Titex PKD Vein AF3P per saldature longitudinali e trasversali Punta a tre tagli Walter Titex AF1D per saldature longitudinali e trasversali UFA (unità di foratura ad avanzamento) Foratura con parametri di taglio costanti Robot Operazione di foratura CNC con ridotta stabilità di macchina, serraggio e pezzo da lavorare Impianto di rivettatura piana/ Centro di lavoro Operazione di fora tura CNC La tecnologia Walter PKD Vein consente un elevata vita utensile e ripetuti ricondizionamenti al 100%, a pari qualità di foratura. Il materiale da taglio in PKD ha il vantaggio di un incremento dell usura lento ed uniforme. La punta a tre tagli AF1D Walter Titex con rivestimento al diamante, senza inserto pilota, offre le stesse caratteristiche della versione con gradino pilota, ma riduce i tempi di lavorazione grazie al minor valore di corsa iniziale e di extracorsa.

5 3 infatti un elevata vita utensile e un eccellente qualità di foratura. Il substrato in metallo duro ed il rivestimento al diamante sono armonizzati alla perfezione, per un ottimale aderenza del rivestimento. Per noi, un elevata vita utensile e soprattutto la sicurezza di processo stanno al primo posto. Il rapporto fra qualità di foratura, velocità di lavorazione ed economicità viene adattato ad ogni singola applicazione. Punta Walter Titex AF1D Allround Utensile di foratura per fibra di carbonio La geometria AF1D con rivestimento al diamante è adatta per la foratura in materiali compositi in fibre di carbonio unidirezionali e multidirezionali. Anche con le unità di foratura ad avanzamento, questa geometria offre eccellente circolarità e precisione dimensionale, grazie alle caratteristiche autocentranti. Punta Walter Titex AFF1D per condizioni di lavorazione sfavorevoli Punta Walter Titex MFF1 per preforatura e foratura dal pieno manuali Punta Walter Titex MFA1 per allargatura manuale La punta Walter Titex AFF1D, con quattro taglienti e rivestimento al diamante, è stata sviluppata espressamente per serraggi delicati e risulta ideale per applicazioni robot. Inoltre, nonostante l elevata vita utensile, non occorrono rifiniture sul tessuto in rame all uscita della foratura. Questa punta Titex con geometria dei taglienti a falce genera forature precise senza sbavature di fibre; l inserto di centraggio consente un posizionamento preciso. Un utensile ideale per trapani manuali. La MFA1 a tre taglienti è ideale per l allargatura manuale. Grazie all ottimale ripartizione degli smussi di guida, la punta genera forature dalle dimensioni precise anche in condizioni tecniche difficili.

6 STACK PER FUSOLIERA Gli stack sono composti da almeno due materiali, che possono presentare caratteristiche diverse. Gli abbinamenti più diffusi fra metalli e materiali compositi sono fibra di carbonio e itanio, oppure fibra di carbonio ed alluminio. Nonostante le diverse caratteristiche dei materiali, occorre garantire forature dalle dimensioni precise per l intera vita utensile: proprio questa è la sfida nello sviluppo degli utensili stessi. La fibra di carbonio è un materiale dall effetto altamente abrasivo e spesso comporta l arrotondamento dei taglienti; il tita- Punta Walter Titex con gradino AFT4A per forature su fissaggi per costolature Questo utensile è stato sviluppato espressamente per l impiego con unità di foratura ad avanzamento. Scanalature lappate ed un rivestimento in ACN (strato in alluminio-nitruro di cromo), liscio e termoresistente, assicurano un ottimale evacuazione del truciolo. Punta a tre tagli Walter Titex PKD Vein AFT1P per forature su costolature per rivesti - menti esterni Utensile di allargatura Walter Titex MFT2 per forature in fibra di carbonio-ti Punta con gradino Walter Titex MFA4 per forature in fibra di carbonio-al Canalini di lubrificazione interni ed uno smusso di protezione sul tagliente PKD Vein garantiscono ottimi valori di lavorazione nell abbinamento fibra di carbonio-titanio. Elevata velocità di taglio, pressoché totale assenza di sfrangiature nella fibra di carbonio e ridotta formazione di bave sul titanio rendono questo utensile la migliore soluzione. Questo utensile di allargatura ha una struttura ad elica sinistra e spinge i trucioli in avanti mediante la preforatura. Se la sequenza di foratura è fibra di carbonio titanio, i trucioli di titanio non possono danneggiare la fibra di carbonio. Con sequenza inversa, per questo utensile si consiglia la versione ad elica destra. Questo utensile è utilizzabile per foratura dal pieno o allargatura manuali. I quattro smussi di guida stabilizzano l utensile e le scanalature secondarie prevengono le saldature di riporto nella foratura a secco dell alluminio.

7 5 nio, per contro, è molto tenace e ha una ridottissima conduttività termica. Pertanto, forando nell abbinamento fibra di carbonio-ti, il tagliente arrotondato influisce negativamente sulla delaminazione e sulle sbavature di fibre; nel titanio, esso genera ulteriore calore da attrito. Walter punta, quindi, su utensili PKD Vein a bassa usura e sul metallo duro integrale, rivestito o non rivestito, in base all applicazione; inoltre, sviluppiamo ed offriamo geometrie dei taglienti ottimizzate, per consentirvi i risultati migliori. Punta Walter Titex AFT3A per materiali in stack La collaudata geometria della punta Walter Titex A3366 è stata perfezionata per la lavorazione di stack, con canalini di lubrificazione interni, scanalature lappate ed il rivestimento in ACN ed è concepita per avanzamenti elevati. Foto Floorgrid or Punta con gradino Walter Titex AFT1N per forature su fissaggi per costolature Punta Walter Titex MFT1 per preforatura manuale Il rivestimento in NHC (strato in carbonio ta-c) da 5000 HV di durezza rallenta l usura; il rivestimento liscio riduce la formazione del tagliente di riporto. Inoltre, i quattro taglienti della punta incrementano sensibilmente la vita utensile. Un affidabile utensile Walter per preforatura di stack con trapano manuale. Adatto per piccoli diametri in fibra di carbonio, titanio ed abbinamenti di materiali in alluminio.

8 STACK PER STABILIZZATORE DI VELIVOLO Gli stabilizzatori di velivoli comprendono abbinamenti di materiali in fibra di carbonio, titanio, alluminio ed acciaio inossidabile, oltre a materiali stratificati, come ad esempio l alluminio Honeycomb; inoltre, gli spessori dei vari abbinamenti di materiali variano notevolmente: dai pochi millimetri del rivestimento esterno delle alette ipersostentatrici sino alle forature 15 x d per la struttura centrale degli stabilizzatori. Anche i diametri delle forature variano maggiormente rispetto al segmento della fusoliera, raggiungendo diametri superiori ai 30 mm. Punta a tre tagli Walter Titex PKD Vein AFA1P per costolature di irrigidimento del rivestimento superficie portante La geometria dei taglienti della AFA1P è concepita espressamente per stack fibra di carbonio-al. Un tagliente affilato la lubrificazione interna per lavorazione a lubrificazione minimale (MMS) o ad umido riducono al minimo la formazione di bave, persino nell alluminio puro platinato. Walter B4017 Point Drill per foratura dal pieno Punta Walter Titex AFA1N per costolature di irrigidimento dei longheroni alari Punta con gradino Walter Titex MFA5 per allargatura manuale Ideale per one-shot drilling su fibra di carbonio-alluminio. Soluzione economica per diametri di foratura da 12 fino a 38 mm. Massima sicurezza di processo, grazie all inserto di foratura ottimale nel collaudato corpo Xtra tec Point Drill e ridotta tolleranza di foratura, grazie agli smussi di guida supplementari. I quattro taglienti della AFA1N consentono un elevata vita utensile negli abbinamenti di materiali metallo-materiali compositi e ridotte sbavature di fibre; inoltre, il rivestimento non metallico in NHC (strato in carbonio ta-c) riduce la formazione del tagliente di riporto. La Walter Titex MFA5 è concepita per l allargatura manuale sugli abbinamenti fibra di carbonio-al ed Al-Al. La ridotta elica dell utensile abbassa la velocità in fase di uscita della punta.

9 STACK PER TIMONE DI DIREZIONE 7 La struttura del timone di direzione presenta alcune somiglianze con quella dello stabilizzatore, sia nei materiali, sia nei diametri di foratura. Il timone di direzione, come anche gli stabilizzatori o i segmenti della fusoliera, sono componenti rilevanti ai fini della sicurezza e sottoposti a carichi dinamici, con tolleranze molto ridotte quanto a qualità del foro e che richiedono innanzitutto sicurezza di processo nella lavorazione e nella qualità dei componenti. Punta Walter Titex AFT2: 16 x D c Punta per fibra di carbonio-ti La punta Titex AFT2 è un utensile 16 x D c ed è indicata per prefori profondi. I materiali lavorabili con questo utensile sono la fibra di carbonio e il titanio, come anche l acciaio inossidabile. Punta con gradino Walter Titex AFT1A per abbinamento Ti-acciaio Svasatore Walter Prototyp ConeFit* per Ti, acciai ed Al Punta con gradino Walter Titex MFA4 per fibra di carbonio-al Questo utensile è stato sviluppato espressamente per l impiego con unità di foratura ad avanzamento. Scanalature lappate ed un rivestimento in ACN, liscio e termoresistente, assicurano un ottimale evacuazione del truciolo. La guida dello svasatore agevola il posizionamento dell utensile e la centratura del foro rispetto alla svasatura. L utensile è disponibile in versione Z = 2 oppure Z = 3, per svasature a partire da 10 mm e per risparmi sui costi. Questo utensile è utilizzabile per foratura dal pieno o allargatura manuali. I quattro smussi di guida stabilizzano l utensile e le scanalature secondarie prevengono le saldature di riporto nella foratura a secco dell alluminio. * Abbinabile all intero programma di steli ConeFit.

10 PARAMETRI DI TAGLIO E DIMENSIONI UTENSILI La tabella dei parametri di taglio riporta valori iniziali per lavorazione di materiali compositi; molte di queste applicazioni, tuttavia, presentano caratteristiche uniche e richiedono adattamenti nei parametri di taglio e negli utensili. Per migliorare la qualità di foratura, è possibile incrementare la velocità di taglio e ridurre l avanzamento; occorre però tenere presente che un ridotto avanzamento e un elevata velocità di taglio riducono la vita dell utensile. Si raccomanda pertanto di avvicinarsi gradualmente ai parametri di lavorazione ottimali, che saranno il migliore compromesso fra qualità di foratura e vita utensile. PKD Vein Metallo duro con e senza vari rivestimenti Geometria AF3P AFE1P AFA1P AFT1P AF1D / AFF1D AFA1N B4017 con P6004 WSP AFT1N / AFT1A AFT2 AFT3A AFT4A Svasatore ConeFit VFA1A / VFT1A Materiale Fibra di carbonio UD (unidirezionale) Fibra di carbonio MD (multidirezionale) Termoplasto con fibra di carbonio Lavorazione A secco A secco A secco ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,03 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,03 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0,20 Fibra di carbonio-al Lubrificazione minimale (MMS) Fibra di c arbonio-ti Al-Ti Lubrificazione minimale (MMS) ,04 0, ,05 0, , ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,03 0, ,03 0, ,03 0, ,08 0, , , ,05 0, ,05 0, ,05 0, ,08 0,10 MFF ,075 MFA1 / MFA4 / MFA MFT1 / MFT Nota: Nella foratura di stack con un solo parametro, si utilizzerà la colonna Fibra di carbonio-al, oppure Fibra di carbonio-ti o AL-Ti. Qualora i parametri vengano variati fra i vari materiali, per i materiali in fibra si utilizzeranno i parametri Fibra di carbonio, per l alluminio i valori Fibra di carbonio-al e per il titanio i parametri Fibra di carbonio-ti. Tipo Dc [mm] d1 [mm] d2 [mm] l1 [mm] l2 [mm] D c d 1 Punta in metallo duro Punta PKD Vein senza lubr. int. con lubr. int. senza lubr. int. con lubr. int. 2,5 25 4,0 25 2,5 12,8 4,7 12, x d / x d / x d / x d / 100 L c l 2 l 5 l 1 Punta a tre tagli in metallo duro Punta a tre tagli PKD Vein senza lubr. int. con lubr. int. senza lubr. int. con lubr. int. 2,5 21 4,0 21 4,0 10 4, * Fattore di salto gradino per utensili con tre taglienti solo 1,4 x d1; salto gradino non possibile per MFT2 e AFT2 2,5 x d1* 2,5 x d1* 2,5 x d1 2,5 x d x d / x d / x d / x d / 100 D c L c l 2 l 5 l 1 d 1 l5 > 20 mm; Lc = l2 5 mm

11 TECNOLOGIA DI FORATURA A VIBRAZIONE 9 Per la lavorazione di materiali in stack, soprattutto gli abbinamenti fibra di carbonio-ti, è indicata la foratura a vibrazione: in tale procedura, l utensile di foratura viene sottoposto ad ulteriore inflessione nella direzione di avanzamento. L inflessione corrisponde ad una sinusoide, per cui i taglienti dell utensile sono sempre in presa. Nella zona inferiore della sinusoide, a fronte di un minimo avanzamento, avviene un evacuazione del truciolo controllata. Il truciolo corto riduce la temperatura di processo, migliorando la qualità di finitura superficiale e la precisione dimensionale dell intera foratura. Foratura convenzionale (senza vibrazione) Foratura a vibrazione Direzione di foratura Direzione di foratura Immagine termica del titanio Punta Ti6Al4V Punta Ti6Al4V Direzione di foratura Sezione al microscopio della fibra di carbonio Fibra di carbonio TI Punta a vibrazione Walter Titex VFA1A con gradino Punta a vibrazione Walter Titex VFT1A La punta a vibrazione con gradino è ideale per le unità di foratura ad avanzamento con staffa a C. La geometria dei taglienti ed il rivestimento opzionale sono adattati al processo di foratura a vibrazione, per ottenere risultati ottimali. La punta a vibrazione per centri di lavoro ed impianti di rivettatura piana funziona con grande sicurezza. Questo utensile è indicato per abbinamenti fibra di carbonio-ti con elevato spessore del materiale ed impegnativi requisiti di tolleranza.

12 Walter AG Derendinger Straße 53, Tübingen Postfach 2049, Tübingen Germania Printed in Germany (08/2014) IT Walter Italia s.r.l. Via Volta, s.n.c., Cadorago - CO, Italia , service.it@walter-tools.com Walter (Schweiz) AG Solothurn, Svizzera +41 (0) , service.ch@walter-tools.com