Zerspanung Bohrer sind Treiber für Prozessinnovationen

Bei Verbundwerkstoffen dominiert das Bohren die Zerspanung. Wie bei der Stahlbearbeitung liegt der Erfolgsschlüssel zwar in der bestmöglichen Kombination von Schneidkantengeometrie und Schneidstoff, doch sind die Qualitätsmerkmale von Metallen nicht direkt auf Composites übertragbar.

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Die zunehmende Verwendung von Faserverbundwerkstoffen und Sandwichstrukturen mit Metallschichten hat erhebliche Konsequenzen für die Durchführung von optimierten Zerspanungsverfahren. Ihre steigende Bedeutung als Konstruktionsmaterial und die Bandbreite ihrer Eigenschaften verlangen eine Herangehensweise, die kontinuierlich verbessert werden muss, um eine effektive Bearbeitung und damit einen wettbewerbsfähigen Zerspanungsprozess sicherzustellen.

Diamanten sind des Zerspaners beste Feeunde

Auch wenn in der spanenden Bearbeitung Bauteile aus Verbundwerkstoffen einen typischerweise kleineren Anteil als metallische Werkstücke haben, entpuppt sich die Zerspanung von Composites aufgrund der besonderen Eigenschaften oft als Herausforderung. Der Bedarf an Werkzeugen und Systemen für die Zerspanung von Verbundwerkstoffen ist hoch und steigt weiter.

Wahrscheinlich hat er sogar die Nachfrage nach Lösungen für die Zerspanung von Titan zu jener Zeit übertroffen, in der ein verstärkter Leichtbau im Flugzeug- und Automobilbau den Fokus der Konstrukteure auf diese Metallgruppe richtete. Für Verbundwerkstoffe gilt heute: Diamanten sind nicht „a girl’s best friend“, sondern die des Zerspaners.

Das Problem bei der Zerspanung von Verbundwerkstoffen ist das Ausbrechen der Faserstruktur aus der Matrix, sodass glatte Schnitte nicht leicht zu erreichen sind. Darum stellen Faserverbundwerkstoffe ganz andere Anforderungen an Werkzeug und Zerspanmethoden als Metalle.

Die schlechte Wärmeleitfähigkeit des Matrixwerkstoffs (Epoxidharz) und die durch die Zerspanung erzeugte Hitze stellen oftmals weitere Probleme dar. Aufgrund des Bearbeitungsverhaltens zeigen Verbundwerkstoffe besser als Metalle die Schwachstellen im Zerspanungsprozess auf.

Effizienz, Kosten und Sicherheit bestimmen die Prozessoptimierung

Der am häufigsten durchgeführte Zerspanungsprozess beim Bearbeiten von Verbundwerkstoffen ist das Bohren. In der Luft- und Raumfahrttechnik wird zum Beispiel eine beträchtliche Zeit für das Vorbereiten der Halter, Rahmen und Komponenten aus Verbundwerkstoffen benötigt. Obwohl dabei vereinheitlichte Strukturen den Fertigungsaufwand schon erkennbar reduzieren, ist der Bohrprozess immer noch ein wesentlicher Treiber, wenn es um Effizienz, Kosten und Produktionssicherheit geht.

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