Abrasiv-Wasserstrahlschneiden CFK-Bearbeitung ist eine riskante Sache

Verbundwerkstoffe sind in der Luft- und Raumfahrttechnik auf dem Vormarsch und die Teile werden immer größer. Es geht um mehr, als Machen oder Seinlassen, sonder um die Wahl des richtigen Bearbeitungsverahrens.

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Die Zerspanungstechnik ist beim Fertigen von Verbundwerkstoffen am meisten von den Eigenschaften carbonfaserverstärkter Polymere betroffen. Faserverstärkte Kunststoffe werden immer häufiger eingesetzt und die Größe der Strukturbauteile nimmt immer mehr zu. „Vor fünf Jahren waren Teile maximal 3 m lang und etwa 0,6 bis 1,2 cm dick“, so Dan Cooper, CYCLO-CUT-Produkt-Manager bei MAG Productivity Solutions, (Hebron/Kentucky). „Heute haben wir rund 18 m große Tragflächen mit Außenhautdicken von etwa 2,5 bis 10 cm. Seit Titan vor 20 Jahren herauskam, haben wir kein Material mehr erlebt, das so große Auswirkungen auf die Luft- und Raumfahrtindustrie hatte.“

Mit zunehmender Verwendung und steigender Größe der Carbonbauteile sind die Maßtoleranzen, mit denen diese Bauteile gefertigt werden müssen, immer enger geworden – heutzutage ist so gut wie kein Raum mehr für Fehler vorhanden. Daher kommt der Bearbeitung größere Bedeutung zu als je zuvor.

Fast fertiges Verbundteil muss auf Maß gebracht werden

Dies ist nicht trivial: Die Bearbeitung ist oft das abschließende Verfahren, mit dem ein ausgehärtetes, fast fertiges Verbundbauteil endgültig auf Maß gebracht wird. In der Luft- und Raumfahrtindustrie stecken in diesem fast fertigen Teil wahrscheinlich Tausende – wenn nicht Millionen – Dollar an Ingenieurskompetenz, Material und Fertigungserfahrung. Ein Fehler bei der Bearbeitung kann kaum wieder behoben werden und ist eine Bedrohung für Produktivität und Profitabilität. „Verbundwerkstoffe verzeihen nichts“, so Dan Cooper. „Diese Materialien zeigen Ihnen die Schwachpunkte der Bearbeitungsprozesse gnadenlos auf.“

CFK-Bearbeitung – ein kontrolliertes, gelenktes Herausbrechen

Vereinfacht ausgedrückt, ist die Bearbeitung ein kontrolliertes, gelenktes Herausbrechen. In der Vergangenheit wurden in der Luft- und Raumfahrt metallische Materialien bearbeitet, die meist kristalline Strukturen aufweisen. „In Metallen gibt es natürliche Bruch- und Spannungslinien“, so Tom Cornwell, Anwendungsspezialist bei Onsrud Cutter LP, (Libertyville/Illinois), Lieferant von Zerspanungswerkzeug. Diese Bruchlinien ermöglichen es, dass die kristallinen Strukturen „durch Bohren oder sonstige zerspanende Bearbeitung des Teils abgespalten werden“.

Im Vergleich dazu reagieren Verbundwerkstoffe ganz anders. Mark Saberton, Chefingenieur beim Hersteller von Wasserstrahlmaschinen Flow International Inc. (Kent/Washington), beschreibt den Unterschied mit einer Analogie: „Beim Bearbeiten von Verbundwerkstoffen wird kein Material abgeschält, wie es bei der Metallbearbeitung der Fall ist.“

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