Ausschussfreies Bohren von CFK-Metall-Stacks

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MAPAL Fabrik für Präzisionswerkzeuge Dr. Kress KG

Die dahinter stehenden theoretischen Modelle zur Beschreibung der Mechanismen bei der Zerspanung von Metall und Composites belegen beides. Sie konnten wiederholt in praktischen Versuchsreihen bestätigt werden. Bohrer, bei deren Entwicklung diese theoretischen Regeln beachtet wurden, zeigen keinerlei Probleme mit Delamination und Faserüberständen und erreichen gleichzeitig eine sehr geringe Gratbildung.

Beim Bohren von CFK-Titan-Stacks ist neben der Gratbildung auch die Spanabfuhr bei der Werkzeugauslegung zu berücksichtigen. Die Späne dürfen beim Austritt aus der Bohrung keinesfalls an der empfindlichen CFK-Oberfläche klemmen. Die dazu notwendige Spannut ist somit deutlich größer ausgestaltet als die Spangröße, wodurch Kratzer im Composite-Werkstoff vermieden werden können.

Sollte sich der Span in der Nut im CFK-Bereich verklemmen, kommt es zu extremer Reibung und Erwärmung von Bauteil und Werkzeug. Tiefe Kratzer im CFK und eine schwankende und erhöhte Gratbildung sind die Folgen. Eine weitere Möglichkeit, um die Spangröße zu reduzieren, ist der der sogenannte Stottervorschub, auch Pecking oder Vibration genannt.

Nützliche Wärmequelle an der Bohrerspitze über geeignete Schnittbedingungen in Metallen klein halten

Die Analyse der nützlichen und überflüssigen Wärmequellen am Werkzeug hat gezeigt, dass sich die überflüssigen Wärmequellen vermeiden lassen. Die nützliche Wärmequelle an der Spitze des Bohrers kann über geeignete Schnittbedingungen in Metallen klein gehalten werden. Bei der CFK-Bearbeitung bleibt sie unter 60 °C.

Die überflüssigen Wärmequellen am Bohrer entstehen durch Reibung des Bohrers an der Bohrungswand und durch eingeklemmte Späne. Weil bei der Entwicklung des Bohrers alle Fehlerquellen beseitigt wurden, lässt sich das Werkzeug auch ohne Minimalmengenschmierung (MMS) nutzen. Damit sind folgende Vorteile verbundenen:

• Der Bohrer ist preiswerter und mechanisch stabiler, weil er ohne Kühlmittelbohrungen ausgeführt ist.

• Die Gradbildung ist geringer, weil der Bohrer mit gradierten Spiralen geschliffen werden kann.

• Die Standardabweichung vom Solldurchmesser ist kleiner, weil sich der CFK-Staub trocken leichter absaugen lässt.

• MAK-Werte können leichter eingehalten werden, weil es aufgrund der Minimalmengenschmierung keinen Overspray bei Austritt des Bohrers mehr gibt.

• Die Ausrutschgefahr der Mitarbeiter ist minimiert, weil die Vorrichtungen jetzt trocken bleiben.

• Die Entsorgungskosten sind niedriger, weil die Minimalmengenschmierung den anfallenden Staub nicht mehr mit Öl vermischt.

• Der Aufwand für die Reinigung der Bauteile, der Vorrichtungen und der Fertigungshallen ist reduziert.

• Die Verschleppung von Öl in nachfolgende Prozesse wie Reinigung und Lackiervorbehandlung ist ausgeschlossen.

• Mitarbeiter benötigen weniger Atemschutz bei Bohrarbeiten im Flügel.

• Die Sonderqualifikation der Mitarbeiter und die Arbeitszeit zur Überprüfung und Kalibration der MMS entfallen.

• Der Wartungsaufwand für den MMS-Tank, die Pumpe und den Vorratsbehälter entfällt.

• Das Gewicht der Bohrvorschubeinheit ist niedriger, weil das gefüllte MMS-System entfällt.

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