CFK-Bauteile CFK-Schaft erweitert Anwendungsbereich großer Zerspanwerkzeuge

Mithilfe eines Werkzeugschafts aus CFK lässt sich der Anwendungsbereich von Großwerkzeugen erweitern. Das zeigt die Entwicklung eines Reibwerkzeugs aus spindelseitigem Anschlussstück, CFK-Schaft und Schneidenträger. Ein Baukastensystem sorgt für Flexibilität und Rekonfigurierbarkeit.

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Am Institut für Werkzeugmaschinen (IfW) der Universität Stuttgart wurden in Zusammenarbeit mit der Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH, Tübingen, Konzepte für Zerspanwerkzeuge in Leichtbauweise entwickelt [1], Prototypen hergestellt und deren mechanisches und thermisches Verhalten untersucht. Ausgangsbasis dieser Entwicklung ist das Werkzeugsystem DR zum Reiben von Bohrungen mit Nenndurchmessern von 12 bis 100 mm.

CFK reduziert Gewicht großer Reibwerkzeuge um zwei Drittel

Aufgrund des massiven Schafts können diese Werkzeuge lediglich eingeschränkt genutzt werden. Der neuentwickelte Werkzeugschaft reduziert das Gewicht dieser Werkzeuge von annähernd 30 auf 10 kg. Die dazu notwendigen Entwicklungs- und Fertigungsschritte basieren auf dem entwickelten Leichtbaukonzept, das auch das thermische und dynamische Werkzeugverhalten beschreibt.

Das Reiben stellt ein spanendes Fertigungsverfahren mit definierter Schneide zur Finishbearbeitung von Bohrungen dar. Parallel zu den klassischen Reibahlen entwickelte die Werkzeugfabrik Paul Horn das Reibsystem DR, das über nur 4,3 mm dünne Reibschneidplatten verfügt [2]. Dieses System ermöglicht durch den Einsatz von beschichteten Feinkornhartmetall- oder Cermetsorten gegenüber konventionellen Reibahlen eine wesentlich effizientere Bearbeitung von Bohrungen mit wesentlich verbesserten Zerspanparametern [3].

Der modulare Aufbau dieser Werkzeuge führt zu einem schnellen, zuverlässigen Austausch der Komponenten. Bei Werkzeugausführungen mit über 400 mm Länge und 60 mm Durchmesser sind die Einsatzmöglichkeiten aufgrund des hohen Werkzeuggewichts eingeschränkt und vom Verhalten der Werkzeugmaschine und des Werkstücks abhängig.

Mehrnutzen steigert Wirtschaftlichkeit bestehender Maschinenparks

Zwar gibt es bereits Leichtbauwerkzeuge auf CFK-Basis, die die Tauglichkeit des neuen Werkstoffs für Zerspanwerkzeuge bestätigen, doch handelt es sich bei diesen Entwicklungen immer um Sonderlösungen für eine bestimmte Anwendung[4]. Mithilfe des in Bild 1 (siehe Bildergalerie) dargestellten Werkzeugschafts aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) ist es dagegen möglich, den Anwendungsbereich eines bestehenden Maschinenparks wesentlich zu erweitern und eine noch effizientere Zerspanung zu erzielen.

Dieser Schaft ist das Kernstück für Leichtbauwerkzeuge, die dem Anwender neue Prozessmöglichkeiten erschließen. So können Prozessanpassungen schnell und einfach vorgenommen werden. Basis dafür ist ein Baukastensystem, das den Leichtbauwerkzeugen die im Produktionsumfeld notwendige Flexibilität und Rekonfigurierbarkeit ermöglicht. Aufgrund der Gewichtseinsparung können diese Werkzeuge auf allen gängigen Produktionszentren eingesetzt werden – entsprechender Arbeitsraum vorausgesetzt. Ihr Mehrnutzen erhöht die Wirtschaftlichkeit bestehender Fertigungssysteme mit vergleichsweise geringen Investitionskosten.

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