Лазерная резка для повышения производительности композитных форм

Лазерная резка может использоваться при изготовлении форм для композитных материалов, однако она не является универсальной заменой фрезерованию, электроэрозионной обработке, гидроабразивной резке или ручной отделке. Наиболее эффективны такие области её применения, как резка листовых металлических компонентов форм, обрезка определённых композитных ламинатов, изготовление шаблонов и обработка формованных металлических деталей, используемых в системе инструментального оснащения. Для обработки рабочей поверхности инструмента, уплотнительной поверхности, обеспечения герметичности вакуумной системы и соблюдения эталонных размеров по-прежнему может потребоваться механическая обработка или другой соответствующий процесс.

Композитные пресс-формы включают в себя самые разные конструкции: стальные или алюминиевые пресс-формы, пресс-формы из углеродного волокна, пресс-формы из стекловолокна, полимерные плиты, сотовые конструкции и гибридные узлы. Длина волны лазера и технологический процесс, подходящие для металла, могут повредить ламинат с высоким содержанием смолы. Определение материала предшествует выбору оборудования.

В каких случаях лазерная резка повышает ценность продукции

В случае металлических рам пресс-форм, опорных пластин, кронштейнов, опор систем нагрева и шаблонов для обрезки волоконный лазер позволяет создавать запрограммированные профили и отверстия без использования специальной матрицы. Это удобно при внесении изменений в прототипы и изготовлении инструментов для мелкосерийного производства. A 3D лазерный станок для резки также может обрезать формованные металлические корпуса или обрабатывать контуры, недоступные для плоскостольной станки.

При обработке композитных деталей лазерная обрезка позволяет снизить износ механических инструментов и создавать сложные контуры, однако тепло может привести к деградации смолы, обнажению волокон, образованию переплавленных или обугленных краев, а также выделению опасных паров. Углеродное волокно также проводит электричество, а его пыль может представлять угрозу для электронных устройств. Проверка качества должна охватывать целостность кромок, зону термического влияния, расслоение, прочность, герметичность и чистоту.

Точность формы — это нечто большее, чем просто профиль реза

Эффективность пресс-формы зависит от геометрии её поверхности, базовых линий, тепловых характеристик, жесткости, уплотнений и повторяемости при рабочем давлении и температуре. Контур, вырезанный лазером, может быть точным, но готовое изделие всё равно может пропускать вакуум или деформироваться во время отверждения. Критические поверхности часто требуют фрезерования, шлифования, полирования, нанесения покрытия или метрологической проверки после резки.

Не указывайте общую точность в микронах. Укажите контролируемые размеры, метод контроля, требования к поверхности и температуру процесса. Производите измерения всей сборки, а не только одного плоского образца.

Материал, подвергшийся термическому воздействию, и качество кромок

Лазерная резка является термическим процессом. Узкая зона термического воздействия — это не то же самое, что полное отсутствие теплового воздействия. Термореактивные и термопластичные матрицы реагируют по-разному, а тип армирования влияет на теплопоток. Избыток энергии может привести к появлению обесцвечивания, отслоению смолы, вырыванию волокон, образованию нагара или растрескиванию кромок.

Проведите анализ матрицы параметров на серийном ламинате, изготовленном с использованием той же смолы, волокна, схемы укладки, толщины, метода отверждения и покрытия. Проведите разрез по краю, если деталь является несущей или важны герметизирующие свойства. Сравните результат с результатами механической обработки или гидроабразивной резки, а не считайте, что самая быстрая резка является приемлемой.

Производственный цикл и изменения в конструкции

Программирование лазерной резки позволяет сократить время, необходимое для доработки шаблонов, металлических опор, элементов обрезки и прототипных деталей. Это позволяет обойтись без изготовления отдельного твердого инструмента для каждого плоского профиля. Данное преимущество особенно заметно на этапе разработки или при производстве продукции с большим разнообразием моделей.

Полный цикл изготовления пресс-формы по-прежнему включает в себя экспертизу проекта, подготовку материалов, формование или наложение слоев, механическую обработку, сборку, герметизацию, отделку поверхности, метрологический контроль и изготовление пробных деталей. Лазерная резка устраняет только те операции, в отношении которых она может доказать свою эффективность. Не следует приписывать ей все сокращение сроков изготовления.

Выбор технологического процесса изготовления композитных форм

Для обработки подходящих металлических деталей инструментария используйте лазерную резку на волоконном лазере. Для качественной обрезки штампованных металлических деталей используйте пятиосевые или роботизированные 3D-системы; пятиосевой лазерный резак — это архитектура, которую следует оценить. Используйте фрезерование с ЧПУ для получения прецизионных поверхностей инструментов, глубоких карманов и контроля базовых точек. Используйте абразивную гидроабразивную резку, когда композитный материал требует сквозной резки с меньшим тепловым воздействием, а затем проверьте на наличие влаги и краевых эффектов. Используйте механическую обрезку, если это целесообразно с точки зрения качества инструментов, пылеудаления и требований к кромкам.

Пример контрольного списка для квалификации

• Материал инструмента или детали, система смол, армирование, укладка слоев, отверждение и нанесение покрытия
• Критические размеры, уплотняющие поверхности, базовые поверхности и последующая обработка
• Повреждения краёв от нагрева, расслоение, обнажение волокон, отложения и прочность
• Повторяемость операций, экстракция, фильтрация и безопасное обращение с отходами
• Время цикла, включая программирование, очистку, контроль и доработку

Заключение

Лазерная резка повышает эффективность производства композитных форм, если её применяют на соответствующем этапе производственного процесса: для обработки металлических компонентов, шаблонов, обрезки готового ламината или обработки формованных деталей. Она не заменяет прецизионную механическую обработку и финишную обработку поверхностей в тех случаях, когда от них зависит работоспособность пресс-формы. Компания SENFENG может проанализировать чертежи и характеристики материалов для металлических деталей или формованных изделий и предложить тестирование образца, не преувеличивая возможности данного процесса.

Часто задаваемые вопросы

Можно ли с помощью волоконного лазера резать формы из углепластика?

Данное оборудование может обрезать выбранные ламинаты, однако в связи с риском повреждения смолы, расслоения, выделения паров и прочностью кромок необходимо провести аттестацию с учетом конкретных условий эксплуатации.

В каких областях производства пресс-форм лазерная резка наиболее эффективна?

Он отлично подходит для обработки металлических пластин, кронштейнов, рам, шаблонов, а также для качественной обрезки формованных деталей.

Позволяет ли лазерная резка обойтись без механической обработки форм?

Нет. Поверхности инструмента, базовые плоскости, пазы, уплотнительные поверхности и финишная обработка зачастую по-прежнему требуют фрезерования, шлифования или полировки.

Как следует проводить испытания лазерного процесса композитных материалов?

Используйте ламинат промышленного назначения и проверьте его на наличие повреждений от высокой температуры, расслоения, соответствие размерам, прочность, герметичность, выделение паров, а также последующие этапы обработки.