Laminasi serat karbon termoplastik dapat dibor menggunakan metode pengumpanan ultra cepat di masa depan.
Manufaktur dirgantara dan otomotif adalah dua industri yang paling mencerminkan kemampuan industri dan kelengkapan rantai pasokan di bidang industri modern, yang melibatkan teknologi dan material yang tak terhitung jumlahnya. Serat karbon dan material komposit saat ini merupakan jenis material baru yang sangat populer dalam produksi industri, mendapatkan aplikasi yang menguntungkan karena sifat mekaniknya yang luar biasa. Dalam aplikasi praktisnya, serat karbon berfungsi sebagai bahan penguat yang dapat dipadukan dengan bahan matriks berbeda sehingga memungkinkannya diolah menjadi berbagai bentuk komponen industri, beberapa di antaranya dapat diterapkan di sektor manufaktur dirgantara dan otomotif.
Saat ini, serat karbon termoset arus utama, serta serat karbon termoplastik yang lebih menguntungkan di masa depan, dianggap sebagai material komposit berperforma tinggi yang sulit ditandingi. Namun, pemrosesan komposit serat karbon ini menjadi produk jadi menimbulkan tantangan tertentu, sehingga memerlukan koordinasi berbagai peralatan dan mesin. Operasi dasar seperti pengeboran, pemotongan, dan penglubangan sangat penting. Namun, langkah-langkah pemrosesan dasar ini tidak boleh dianggap remeh, karena operasi pemesinan juga sangat terkait dengan kinerja produk serat karbon. Artikel ini merujuk pada literatur ilmiah internasional untuk memperkenalkan metode pengeboran umpan ultra-cepat dan membandingkannya dengan dua metode pemrosesan lainnya: getaran ultrasonik dan pemotongan jet air abrasif.
Tiga Metode Pengeboran untuk Laminasi Serat Karbon Termoplastik (CF/PA6).
1. Pengeboran Pakan Sangat Cepat (UFFD): Panas pemotongan dan panas gesekan dapat menyebabkan melelehnya matriks termoplastik, sehingga mempengaruhi efisiensi dan hasil pengeboran. Untuk mempelajari efek sebenarnya dari metode pengeboran umpan ultra-cepat, laminasi serat karbon termoplastik ditetapkan, dan kecepatan umpan 3000, 5000, dan 7000 mm/menit dipilih, menggunakan dinamometer tiga komponen untuk pengukuran.
2. Pengeboran Getaran Ultrasonik (UVD): Osilator kristal piezoelektrik dipasang pada peralatan untuk memberikan frekuensi konstan 70 kHz, memungkinkan pengamatan efek sebenarnya dari getaran ultrasonik saat mengebor laminasi serat karbon termoplastik.
3. Pengeboran Jet Air Abrasif (AWJ): Pemesinan jet air abrasif saat ini menjadi metode utama untuk memotong produk serat karbon termoset. Lintasan pancaran air dirancang dalam bentuk lingkaran, dan tekanan air tertentu diterapkan untuk mengebor laminasi serat karbon termoplastik, dengan mengamati efek sebenarnya.
Demonstrasi Efek Sebenarnya dari Pengeboran Pakan Ultra Cepat
1.Perbandingan Efek Pengeboran: Bila membandingkan kecepatan pengumpanan 3000 mm/mnt dengan kecepatan pengumpanan rendah 50 mm/mnt, kecepatan pengumpanan 3000 mm/mnt mencapai penyelesaian pemotongan lebih cepat, hanya mengeluarkan sedikit serpihan, dan tidak meninggalkan gerinda di dekat lubang yang dibor. Sebaliknya, yang terakhir menunjukkan deformasi yang signifikan ketika mata bor menembus laminasi depan, dengan jumlah sisa serpihan yang lebih besar dan gerinda seperti mahkota di sekitar lubang. Daya dorong puncak pada 3000 mm/mnt adalah enam kali lipat dari 50 mm/mnt, mencapai hampir 22N, sedangkan waktu pengeboran hanya 1/60 dari waktu yang terakhir, sehingga secara signifikan meningkatkan efisiensi pengeboran dan meningkatkan kualitas pengeboran.
2.Delaminasi dan Situasi Burr: Pengamatan menggunakan mikroskop ukur 3D menunjukkan bahwa delaminasi dan gerinda terjadi sehubungan dengan arah masuk pengeboran, dengan 20 μm sebagai garis pemisah. Ketika kecepatan pengumpanan adalah 3000 mm/mnt, tidak ada delaminasi yang teramati berapa pun kecepatan spindelnya. Namun, ketika kecepatan pengumpanan melebihi 3000 mm/menit dan kecepatan spindel melebihi 20.000 menit⁻¹, volume delaminasi meningkat seiring dengan peningkatan laju pengumpanan. Hal ini disebabkan oleh gaya dorong yang lebih besar yang dihasilkan pada kecepatan umpan yang lebih tinggi.
Selain itu, seiring bertambahnya kecepatan spindel, volume gerinda yang muncul berkurang. Melalui beberapa percobaan, ditemukan bahwa pada kecepatan pengumpanan 3000 mm/mnt dan kecepatan spindel 20.000 min⁻¹, tidak ada masalah delaminasi, sekaligus mempertahankan volume duri yang lebih kecil. Secara keseluruhan, hal ini menghasilkan kinerja pengeboran yang lebih baik.
3.Perbandingan dengan Dua Metode Pengeboran Lainnya: Untuk membandingkan efek pengeboran dengan lebih baik, gambar mikroskopis dari setiap metode pengeboran diamati dalam percobaan. Pada pengeboran umpan ultra-cepat (UFFD), setiap lapisan serat karbon terlihat jelas pada dinding lubang, sedangkan pada pengeboran getaran ultrasonik (UVD) dan pengeboran jet air abrasif (AWJ), dinding lubang ditutupi oleh matriks yang meleleh. , menghasilkan permukaan yang lebih buram. Ketika gambar mikroskopis diperbesar, dinding lubang AWJ menunjukkan difusi serat nilon yang signifikan, sedangkan tepi lubang dari UFFD menunjukkan kualitas yang lebih baik. Berdasarkan perbandingan kualitas permukaan lubang, keakuratan bentuk, dan waktu pemrosesan, pengeboran umpan ultra-cepat (UFFD) terbukti menjadi metode pengeboran yang lebih menjanjikan untuk laminasi serat karbon termoplastik.
Pengeboran lubang pada panel serat karbon termoplastik adalah metode pemrosesan mendasar, yang memungkinkan koneksi stabil dengan komponen industri lainnya dan meningkatkan nilai komersialnya. Saat ini, penerapan komposit serat karbon termoplastik secara luas masih dalam tahap awal, dan persiapan komposit serat karbon termoplastik searah menimbulkan tantangan yang signifikan, yang membatasi penerapan bahan-bahan ini sejak awal. Sebagai salah satu dari sedikit perusahaan di Tiongkok yang mampu secara mandiri memproduksi pita searah komposit termoplastik serat karbon berkelanjutan, Zhishang New Materials percaya bahwa pengembangan serat karbon termoplastik harus dimulai dari tingkat dasar, dan kemajuan teknologi adalah syarat utama untuk memecahkan masalah yang ada.
