La perforación de agujeros en materiales compuestos

A medida que los plásticos reforzados con fibra de carbono (CFRP, por sus siglas en inglés) y los materiales con paquetes de aleaciones metálicas van adquiriendo mayor importancia en la industria aeroespacial, el mecanizado se hace más exigente. Tareas como la perforación de agujeros, con sus características inherentes de astillado y delaminación, han convertido la perforación de materiales compuestos en un auténtico dolor de cabeza para los técnicos de producción de los fabricantes de la industria aeroespacial en todo el mundo

Pero por fin se presenta una solución real para conseguir fiabilidad, eficacia y alta calidad en la perforación de agujeros en materiales compuestos, gracias al empleo de las fresas de metal duro recubiertas con diamante CoroDrill® 854 y CoroDrill 856 del especialista en herramienta de corte y en sistemas de herramienta SANDVIK COROMANT.

CoroDrill 854 y CoroDrill 856 de Sandvik Coromant

En los materiales compuestos, las fibras, los filamentos, las partículas o el material entretejido se encuentran dispersos en una matriz a la que confieren rigidez y resistencia. Algunos de estos materiales están hechos de láminas o capas que pueden incluir paquetes de aluminio u otras aleaciones. Estos materiales innovadores ofrecen muchas ventajas, entre otras que permiten fabricar componentes más ligeros y resistentes, al tiempo que reducen los problemas de corrosión, lo que los hace ideales para muchas aplicaciones aeroespaciales.

Es fácil comprender las razones del creciente uso de materiales compuestos respecto al aluminio: el CFRP tiene una resistencia a la tracción 14 veces mayor, una expansión térmica 19 veces menor, una rigidez cinco veces mayor y la mitad de peso. Tan creciente es su popularidad, que el 25% del nuevo Airbus A380 está hecho de materiales compuestos avanzados, mientras que en el nuevo Boeing 787 Dreamliner este porcentaje asciende al 50%. Incluso en los aviones militares modernos, como el F-22, se usan materiales compuestos en al menos un tercio de su estructura, valor que se espera que ascienda a dos tercios en el futuro.

Componentes estructurales como la caja del ala, los largueros, las costillas y el revestimiento se construyen en diversos materiales de fibra de carbono y matriz, mientras que otras estructuras con mayores exigencias, como la caja del ala central (fuselaje), están hechas de varios tipos de material compuesto normalmente apilado con paquetes de aleación. Este aumento del uso de los materiales compuestos en la industria aeroespacial plantea nuevas demandas al mecanizado. Por ejemplo, la perforación de agujeros en CFRP requiere geometrías especiales para conseguir la calidad y la tolerancia de agujero necesarias, mientras que la combinación de CFRP con paquetes de otro material como el aluminio añade otra dificultad, dado que los dos materiales tienen características distintas de mecanizado.

CoroDrill 854 y 856 han sido desarrolladas para satisfacer las exigentes necesidades de los modernos materiales de CFRP y paquetes de aluminio, para ofrecer una duración de la herramienta larga y homogénea y satisfacer en todo momento las estrechas tolerancias exigidas.

La forma geométrica de CoroDrill 854 está pensada para mejorar la calidad de la entrada y de la salida en el agujero en materiales con alta proporción de fibra. También cabe destacar su impresionante productividad, que se ilustra con los siguientes datos de corte típicos de CoroDrill 854 para perforar agujeros de ¼” (6,35 mm) en material compuesto de CFRP/paquetes de aluminio: velocidad de corte: 45 m/min; profundidad de taladro: 70 mm; velocidad de avance: 0,03 mm/rev; y velocidad de penetración: 51 mm/min. Para obtener el mejor resultado, Sandvik Coromant recomienda mecanizar sin refrigerante o con una cantidad mínima de lubricante (MQL).

La selección de una broca adecuada es esencial para conseguir buenos resultados en la perforación de agujeros en materiales compuestos, para obtener una calidad óptima del agujero, una buena seguridad del proceso y un coste por agujero rentable. Con esto en mente, la geometría en punta de CoroDrill 854 es la recomendada cuando hay problemas de astillado, mientras que los clientes encontrarán más ventajas con el uso de CoroDrill 856 si la dificultad es la delaminación en materiales con gran contenido en resinas; la razón primordial es su geometría de doble ángulo que permite efectuar una entrada y una salida suaves en la pieza.

La fuerza de empuje es el factor fundamental que desencadena la delaminación y el astillado al perforar materiales compuestos. Por esta razón, las geometrías de CoroDrill 854 y 856 están específicamente diseñadas para reducir el empuje y para efectuar un corte correcto de las fibras de carbono y satisfacer así las estrictas exigencias de calidad de agujero. En el sector aeroespacial es habitual que entre los requisitos de los agujeros se incluya un acabado superficial de Ra<4,8 µm, una delaminación inferior a 1 mm sobre el diámetro y una ausencia total de astillado.

Con el uso de CoroDrill 856, los pequeños ángulos de punta y los grandes ángulos de desprendimiento ayudan a mejorar la calidad del agujero, así como a reducir el esfuerzo axial en materiales con alto contenido en resinas, factor especialmente crítico en superficies de piezas con pared fina. Ambos productos CoroDrill ayudan a eliminar rebabas y a mejorar el acabado superficial.

Se han efectuado completas pruebas de corte que demuestran la productividad y la larga duración de estos nuevos productos CoroDrill. Por ejemplo, el uso de CoroDrill 854 para perforar agujeros de ½” (12,7 mm) en CFRP de resina epoxi con paquetes de aluminio (12 mm + 12 mm) produce resultados impresionantes. A una velocidad de corte de 118 m/min y una velocidad de avance de 0,05 mm/rev, CoroDrill 854 fue capaz de perforar un total de 650 agujeros en un material de 24 mm de espesor, el equivalente a la perforación de 15,6 m.

Todos los agujeros perforados tenían un acabado superficial dentro de Ra<1,6 µm (aluminio) y Ra<3,2 µm (CFRP), según la norma de tolerancia IT8. Se apreció una delaminación imperceptible en la entrada del CFRP, mientras que la altura de rebaba en la salida del aluminio fue inferior al máximo permitido de 0,2 mm.

En otra prueba distinta, CoroDrill 856 superó ampliamente a la broca de un competidor en términos de velocidad de penetración y calidad del agujero. Al perforar agujeros de ¼” (6,35 mm) en resina CFRP de bismaleimida (alta temperatura), el objetivo era superar la velocidad de penetración de 300 mm/min establecida por el competidor al tiempo que se mantenía la tolerancia H11 del agujero. Aumentando la velocidad de corte a 150 m/min (desde 100 m/min) y disminuyendo ligeramente la velocidad de avance a 0,05 mm/rev (desde 0,06 mm/rev), CoroDrill 856 no sólo alcanzó una velocidad de penetración de 373 mm/min, sino que también fue capaz de proporcionar una mejora del 25% en la calidad de entrada y salida.

Con una gama de diámetros desde 4 mm hasta 12,7 mm y longitudes de hasta cinco veces el diámetro, CoroDrill 854 y 856 están disponibles en la calidad estándar N20C, de metal duro recubierta de diamante, que proporciona una larga duración para el corte de material abrasivo como materiales compuestos, gracias fundamentalmente a su reducido coeficiente de fricción. Además de la anterior oferta estándar, existen opciones personalizadas (Tailor Made) por encargo para satisfacer requisitos específicos de diámetro, longitud, geometría y calidad (incluidos metal duro y PCD).

SANDVIK COROMANT

tel. 91 6605100
www.coromant.sandvik.com/es