CFK sorgloser zerspanen

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Schon das Zerspanungswerkzeug ist erfolgsentscheidend

Bohrer und Fräser, die nicht konsequent für die Bearbeitung von CFK oder anderen Compositematerialien ausgelegt sind, kommen mit den speziellen Eigenheiten dieser recht harten Werkstoffexoten meist nur schwer klar. Im einfachsten Fall führen Fräskanten oder Bohrlochränder durch sogenannte Delaminationseffekte, aufgrund derer die Fasern nicht sauber gekappt, sondern aus dem Randbereich der Bearbeitungsstelle aus der Matrix herausgerissen werden, zu erheblichen Ausschussraten. In der Regel sind herkömmliche Bearbeitungswerkzeuge auch vom Material her nicht standfest genug für die ausreichend prozesssichere Zerspanung von CFK. Daraus ergeben sich etwa Präzisions- und Qualitätseinbußen im Laufe des Werkzeugeinsatzes – also ein weiterer Grund für nicht gebrauchsfähige Bauteile. Außerdem verschleißen die üblichen Fräser und Bohrer dabei wesentlich schneller und müssen in kürzeren Zyklen ersetzt oder nachgearbeitet werden.

Ein Beispiel für ein bereits in der Automobilserienproduktion bewährtes, für die CFK-Bearbeitung ausgelegtes Werkzeugsystem hat das Unternehmen Hufschmied Zerspanungssysteme aus Bobingen entwickelt. Die dort agierenden Experten erklären, dass die Idee für die sogenannten T-Rex-Werkzeuge auf einer variablen Schnittgeometrie fußt. Die Werkzeuge der T-Rex-Reihe kombinieren dabei die Vorteile einer Routergeometrie mit den, wie es heißt, hochwertigen, delaminationsfreien Schneideigenschaften eines Kompressionsfräsers. Die T-Rex-Werkzeuge sollen in puncto Standzeit und Geschwindigkeit auf dem gleichen Level stehen, wie es von den Stahlbearbeitungswerkzeugen her bekannt ist.

Unabhängig davon haben Versuche mit unterschiedlichen Bohrertypen gezeigt, was bei der Compositebearbeitung zu wirtschaftlicheren Ergebnissen führt. So stellte sich heraus, dass Bohrer mit hohem Drallwinkel und langen Schneidkanten – erreichbar durch reduzierte Spitzenwinkel – besonders gute Ergebnisse liefern, weil die Carbonfasern damit sauberer abgeschert werden können.

Bei Kennametal hat man sich unter anderem Gedanken darüber gemacht, wie Sandwichwerkstoffe beziehungsweise Stacks (etwa die flugzeugbautypische Paarung CFK-Titan oder CFK-Aluminum) sicher zerspant werden können. Knifflig dabei ist während des Werkzeugeingriffs der Wechsel des zu bearbeitenden Materials, das dennoch in nur einem Arbeitsgang mit einem Werkzeug sicher auf Kontur gebracht werden muss. Mit der Werkzeugtype KCN05, die aus diamantbeschichtetem Wolframkarbid besteht, stehen im Kennametal-Portfolio nun entsprechende Fräser und Bohrer für diverse Aufgaben zur Verfügung.

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