‌ملاحظات المحاضرة حول المواد المركبة المتقدمة (الثالث عشر): عمليات التصنيع الميكانيكية ومعدات المواد المركبة

أولا: الحفر‌

يختلف الحفر في المواد المركبة بشكل كبير عن الحفر في هياكل الطائرات المعدنية. تعتبر التدريبات الخاصة والسرعات الأعلى ومعدلات التغذية المنخفضة ضرورية لتحقيق الثقوب الدقيقة. تعتبر الهياكل المكونة من ألياف الكربون والإيبوكسي صلبة للغاية وكاشطة، مما يستلزم استخدام مزمار مسطح خاص - أو ما شابه ذلك من أربعة - مثقاب مزمار. من الصعب حفر ألياف الأراميد (Kevlar®) ومركبات الإيبوكسي، على الرغم من أنها ليست بنفس صلابة ألياف الكربون، ما لم يتم استخدام أدوات خاصة، حيث تكون الألياف عرضة للتآكل أو التمزق ما لم يتم قطعها بشكل نظيف لأنها مدمجة في الإيبوكسي. تم تطوير تدريبات خاصة بنقاط مشابك الغسيل ونقاط ذيل السمكة لقطع الألياف قبل سحبها من الحفرة المحفورة. ومع ذلك، عندما يتم وضع مقاطع الكيفلار والإيبوكسي بين قسمين معدنيين، يمكن استخدام المثاقب الملتوية القياسية.

‌ثانيا. معدات‌

يتم استخدام الأدوات الهوائية لحفر المواد المركبة. يمكن أن تصل السرعة الحرة لمحرك الحفر إلى 20000 دورة في الدقيقة. القاعدة العامة لمركبات الحفر هي استخدام سرعات عالية ومعدلات تغذية (ضغط) منخفضة. تنتج معدات الحفر ذات التحكم في التغذية بالطاقة جودة ثقب فائقة مقارنة بمحركات الحفر التي لا تحتوي عليها. يوصى باستخدام أدلة الحفر، خاصة بالنسبة للشرائح السميكة.

لا تستخدم لقم الثقب القياسية لحفر الهياكل المركبة. يعد الفولاذ القياسي عالي السرعة- أمرًا غير مقبول لأنه سيصبح باهتًا على الفور، ويولد حرارة زائدة، ويتسبب في التصفيح، وتمزق الألياف، وجودة ثقب غير مقبولة.

تُصنع لقم الثقب لألياف الكربون والألياف الزجاجية من مواد مطلية بالألماس-أو من الكربيد الصلب لأن الألياف شديدة الصلابة كما أن لقم الثقب القياسية المصنوعة من الفولاذ عالي السرعة (HSS)-لا تدوم طويلًا.

تُستخدم المثاقب الملتوية بشكل شائع، ولكن يمكن أيضًا استخدام المثاقب ذات نقطة براد. ألياف الكيفلار ليست بنفس صلابة ألياف الكربون ويمكن أن تستوعب تدريبات HSS القياسية؛ ومع ذلك، قد يتم المساس بجودة الثقب. نوع الحفر المفضل هو مثقاب Klenk على شكل منجل-، والذي يقوم أولاً بتعشيق الألياف ثم قصها، مما يؤدي إلى تحسين جودة الثقب. يمكن قطع الثقوب الأكبر حجمًا باستخدام مناشير الثقب المطلية بالماس- أو أدوات القطع الذبابية، ولكن يجب استخدام أدوات القطع الذبابية فقط في مكابس الحفر وليس في محركات الحفر. (كما هو موضح في الأشكال 85، 86، و87)

(الشكل 85) مثقاب كلينك لحفر الكيفلار®

(الشكل 86) أدوات الحفر والقطع للمواد المركبة

(شكل 87) الحفر والقطع الآلي

ثالثا. إجراءات التشغيل والاحتياطات‌

تعمل محركات الحفر المركبة في نطاق يتراوح بين 2000 إلى 20000 دورة في الدقيقة ومعدلات تغذية منخفضة. تُفضل محركات الحفر المجهزة بغرف تغذية هيدروليكية أو أنواع أخرى من التحكم في التغذية لأنها تحد من اندفاع لقمة الحفر إلى خارج المادة المركبة، مما يقلل من أضرار الانفجار والتصفيح. الأجزاء المصنوعة من منتجات الأشرطة معرضة بشكل خاص للتلف الناتج عن الانفجار، في حين أن الأجزاء المصنوعة من مواد القماش أقل عرضة لها. تتطلب الهياكل المركبة صفائح أو صفائح معدنية كدعم لتجنب الانفجار. عادةً ما يتم حفر الثقوب في الهياكل المركبة مسبقًا- بفتحة تجريبية صغيرة، ثم يتم تكبيرها باستخدام لقمة حفر مطلية بالألماس- أو من الكربيد، ثم يتم توسيعها أخيرًا إلى حجم الثقب النهائي باستخدام مخرطة الكربيد.

يعد الحفر الخلفي-مشكلة قد تنشأ عند تزاوج أجزاء الإيبوكسي من ألياف الكربون- مع أجزاء البنية التحتية المعدنية. يمكن أن تتآكل أو تتآكل الحافة الخلفية للفتحة الموجودة في قسم الإيبوكسي من ألياف الكربون-بواسطة رقائق معدنية يتم سحبها عبر المركب. ويكون هذا أكثر شيوعًا عندما تكون هناك فجوات بين الأجزاء أو عندما تكون الرقائق المعدنية خطية وليست مجزأة. يمكن تخفيف الحفر الخلفي- عن طريق ضبط معدلات التغذية والسرعات، أو هندسة الأداة، أو تثبيت الأجزاء، أو إضافة التوسيع النهائي، أو استخدام مثقاب النقر، أو مجموعة من هذه الطرق.

عند حفر الأجزاء المركبة مع الأجزاء المعدنية، يمكن للجزء المعدني أن يحدد سرعة الحفر. على سبيل المثال، على الرغم من أن التيتانيوم متوافق مع مواد إيبوكسي ألياف الكربون-من وجهة نظر التآكل، لمنع الأضرار المعدنية للتيتانيوم، يجب تقليل سرعة الحفر. يتم حفر سبائك التيتانيوم بسرعات منخفضة مع معدلات تغذية عالية. التدريبات المناسبة للتيتانيوم قد لا تكون مناسبة لألياف الكربون أو الألياف الزجاجية. تُصنع مثاقب التيتانيوم عادةً من الكوبالت-الفاناديوم، بينما تُصنع مثاقب ألياف الكربون من الكربيد أو الماس-المغطى لتعزيز عمر لقمة الحفر وإنتاج ثقوب دقيقة. تُستخدم عادةً مثاقب HSS ذات القطر الصغير، مثل المثقاب رقم 40، لحفر الثقوب التجريبية يدويًا نظرًا لتكلفتها المنخفضة نسبيًا، مما يعوض عمرها الافتراضي المحدود. تدريبات HSS مناسبة فقط لثقب واحد.

المشكلة الأكثر شيوعًا في استخدام أدوات الكربيد في عمليات الحفر اليدوية هي تلف الأداة (على وجه التحديد تقطيع الحواف). يمكن لقمة الحفر الحادة ذات التغذية البطيئة والثابتة أن تحقق ثقوبًا بتفاوت يبلغ 0.1 مم (0.004 بوصة) من خلال ألياف الكربون-الإيبوكسي والألمنيوم الرقيق، خاصة عند استخدام دليل الحفر. يمكن للأدوات الصلبة الحفاظ على تفاوتات أكثر صرامة. عندما يكون الهيكل الموجود أسفل ألياف الكربون-الإيبوكسي مصنوعًا من التيتانيوم، يمكن لقمة الحفر سحب رقائق التيتانيوم عبر ألياف الكربون-الإيبوكسي، مما يؤدي إلى توسيع الثقب. في مثل هذه الحالات، قد تكون عملية التوسيع النهائية ضرورية للحفاظ على تسامح قطر الثقب. تتطلب الثقوب الموجودة في الهياكل المركبة من ألياف الكربون{10}}الإيبوكسي موسعات كربيد. بالإضافة إلى ذلك، عندما تقوم مخرطة الثقب بإزالة أكثر من 0.13 مم (0.005 بوصة) في القطر، فإن نهاية مخرج الثقب تتطلب دعمًا كافيًا لمنع التشقق والانفصال. يمكن توفير الدعم من خلال البنية التحتية أو لوحة مثبتة على السطح الخلفي. تبلغ سرعات التوسيع النموذجية حوالي نصف سرعات الحفر.

بشكل عام، لا يتم استخدام سوائل القطع أو يوصى بها لحفر هياكل إيبوكسي رقيقة من ألياف الكربون (أقل من 6.3 مم أو 0.25 بوصة) (أقل من 6.3 مم أو 0.25 بوصة). يعد استخدام الفراغ عند حفر المواد المركبة ممارسة جيدة لتجنب طفو غبار الكربون بحرية في منطقة العمل.

رابعا. حفر

عندما يتم تركيب المثبتات المتساطحة في التجميعات، يلزم وجود ثقب عكسي للهياكل المركبة. بالنسبة للهياكل المعدنية، تعتبر مثبتات القص أو رأس الشد 100 درجة من الطرق النموذجية. في الهياكل المركبة، هناك نوعان شائعان من أدوات التثبيت: مثبتات رأس شد 100 درجة أو مثبتات رأس شد 130 درجة. ميزة الرأس 130 درجة هي أن قطر رأس التثبيت يمكن أن يكون نفس قطر رأس التثبيت 100 درجة، في حين أن عمق الرأس هو نفس قطر رأس التثبيت 100 درجة. بالنسبة للمثبتات المتساطحة في الأجزاء المركبة، يوصى بتصميم أداة التثقيب المعاكس مع نصف قطر يمكن التحكم فيه بين الفتحة والتجويف المعاكس لاستيعاب نصف قطر الرأس-إلى-الساق على أداة التثبيت. بالإضافة إلى ذلك، قد تكون هناك حاجة لعمليات الشطب أو الغسالات لتوفير مساحة كافية لمثبتات الرأس البارزة. بغض النظر عن نوع الرأس المستخدم، يجب إعداد غاطسة أو شطب مطابق في الهيكل المركب.

تُستخدم أدوات الكربيد لإنتاج المغاسل في هياكل الإيبوكسي- المصنوعة من ألياف الكربون. عادةً ما تحتوي هذه القواطع الغاطسة على مزامير مستقيمة مماثلة لتلك المستخدمة في المعادن. بالنسبة لمركبات إيبوكسي ألياف الكيفلار-، يتم استخدام مزمار القطع الإيجابي على شكل S-. إذا تم استخدام قواطع مستقيمة أو قواطع غاطسة، فيمكن وضع شريط لاصق سميك خاص على السطح لتنظيف ألياف الكيفلار المقطوعة، ولكن هذا أقل فعالية من قاطعة الفلوت على شكل S-. يوصى باستخدام أداة غاطسة تجريبية لأنها تضمن تركيزًا أفضل بين الثقب والحوض الغاطس وتقلل من احتمالية وجود فجوات أسفل أداة التثبيت بسبب عدم التماثل أو انفصال الجزء.

استخدم مقياس الغاطسة-الصغير لإنتاج تجاويف مضادة متسقة. لا تقم بالتعمق أكثر من 70% من عمق الطبقة السطحية، حيث أن التعميق الأعمق يمكن أن يقلل من قوة المادة. عند استخدام أداة التجويف الدليلية، من الضروري فحص الدليل بشكل منتظم بحثًا عن التآكل، حيث يمكن أن يؤدي التآكل إلى تقليل التركيز بين الثقب وأداة التعميق. وينطبق هذا بشكل خاص على الأدوات الغاطسة ذات حافة قطع واحدة فقط. بالنسبة لأسنان القطع ذات التجويف التجريبي، ضع الطيار في الحفرة واضبط أسنان القطع على الحد الأقصى لعدد الدورات في الدقيقة قبل البدء في تغذية أسنان القطع في الحفرة والتحضير للقطع الغاطس. إذا لامست أسنان القطع المادة المركبة قبل تشغيل محرك الحفر، فقد يتم إنشاء حطام.

V. عمليات القطع والاحتياطات

أدوات القطع المصممة للمعادن إما أن تكون ذات عمر قصير أو تنتج حواف قطع سيئة عند استخدامها على المواد المركبة. تختلف الأدوات المستخدمة في المواد المركبة اعتمادًا على المادة المركبة التي يتم قطعها. القاعدة العامة لقطع المواد المركبة هي السرعة العالية مع التغذية البطيئة.

البلاستيك المقوى بألياف الكربون (CFRP): ألياف الكربون صلبة للغاية، كما أن الأدوات الفولاذية عالية السرعة-تتآكل بسرعة. بالنسبة لمعظم مهام التشذيب والقطع، تعد شفرات الحبيبات الماسية هي الخيار الأفضل. يمكن أن يتم الطحن باستخدام ورق الصنفرة من الألومينا أو كربيد السيليكون أو قطعة قماش كاشطة. يتمتع كربيد السيليكون بعمر أطول من الألومينا. يمكن أيضًا أن تكون لقم التوجيه مصنوعة من الكربيد الصلب أو مطلية بالألماس-.

البلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية (GFRP): تتميز الألياف الزجاجية بصلابة ألياف الكربون، كما أن الأدوات الفولاذية عالية السرعة-تتآكل بسرعة عند استخدامها عليها. يجب أن يتم حفر ثقوب في الألياف الزجاجية باستخدام نفس نوع والمادة المستخدمة في لقم الثقب المستخدمة في ألياف الكربون.

البلاستيك المقوى بألياف الأراميد (Kevlar®): ألياف الأراميد ليست بنفس صلابة ألياف الكربون والألياف الزجاجية، ويمكن استخدام الأدوات المصنوعة من الفولاذ عالي السرعة-. لمنع ارتخاء الألياف عند حواف مركبات الأراميد، أمسك الجزء بقوة قبل القص. يجب دعم مركبات الأراميد بلوحة دعم بلاستيكية. يجب قطع الأراميد ولوحة الدعم في وقت واحد. أفضل طريقة لقطع ألياف الأراميد هي شدها أولاً ثم قصها. يوجد قاطع ذو شكل خاص يمكنه الإمساك بالألياف ثم قطعها. عند استخدام المقص لقص قماش الكيفلار أو المواد التمهيدية، يجب أن يكون هناك جانب واحد به شفرات قطع وجانب آخر به أسطح مسننة أو محززة. تمنع هذه التسننات المادة من الانزلاق. استخدم دائمًا شفرات حادة لأنها يمكن أن تقلل من تلف الألياف. بعد الاستخدام، تأكد من تنظيف مسننات المقص على الفور لمنع الضرر الناتج عن الراتنج غير المعالج.

عند استخدام الأدوات والمعدات، ارتدِ دائمًا نظارات السلامة وغيرها من معدات الحماية.

سادسا. معدات القطع
المنشار الحزامي هو المعدات الأكثر استخدامًا في ورش الصيانة لقطع المواد المركبة. يوصى باستخدام شفرات من الكربيد-مغطاة برؤوس أو ماسية-بدون أسنان. لن تدوم الشفرات المسننة النموذجية لفترة طويلة إذا تم استخدامها لقطع ألياف الكربون أو الألياف الزجاجية. كما هو موضح في [الشكل 88]، يمكن استخدام الأدوات الهوائية واليدوية مثل أجهزة التوجيه، والمناشير الطعنية، والمطاحن القالبية، وعجلات القطع لتشذيب الأجزاء المركبة. توفر الأدوات المطلية بالكربيد-الرؤوس أو الماسية-تشطيبًا أفضل وعمرًا أطول. تشمل الخيارات الاحترافية آلات القطع بالموجات فوق الصوتية والنفث المائي والليزر. يتم التحكم في هذه الأنواع من المعدات رقميًا (NC) وتنتج جودة فائقة للحافة والفتحة. لا يمكن استخدام آلات القطع بنفث الماء في الهياكل على شكل قرص العسل لأنها تقوم بإدخال الماء إلى الأجزاء. لا تقطع أبدًا أي شيء على المعدات المخصصة للمواد المركبة، حيث أن المواد الأخرى يمكن أن تلوث المواد المركبة.

(الشكل 88) المنشار الحزامي

يمكن قطع مواد التقوية المسبقة باستخدام طاولة قطع جربر (CNC). يؤدي استخدام هذه المعدات إلى تسريع عملية القطع وتحسين استخدام المواد. يمكن لبرامج التصميم حساب كيفية قطع طبقات الأشكال المعقدة. كما هو مبين في الشكل 89:

:

(الشكل 89) طاولة قطع جربر

يتبع

مصدر الموقع العام "الحدود المركبة".