Mapal in Sachen Composites Compositeteile möglichst wirtschaftlich zerspanen

Autor / Redakteur: Peter Müller-Hummel / Peter Königsreuther

Ressourcenschonendes Fliegen durch Compositeleichtbau ist ein brandaktuelles Thema in der Flugzeugindustrie. Viele Komponenten bestehen heute bereits aus GFK und CFK. Um einsatzfähig zu sein, müssen die Teile meist zerspanungstechnisch auf Endkonturgebracht werden. Wie das am besten funktioniert, hat ein Forscherteam von Mapal durch Vergleichstests herausgefunden.

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Viele Flugzeugteile sind heute aus Faserverbundwerkstoffen gefertigt, wie diese Tragflächenabdeckung eines A350 – eins der größten CFK-Teile. Die sichere Montage erfordert präzise bearbeitete Konturen.
Viele Flugzeugteile sind heute aus Faserverbundwerkstoffen gefertigt, wie diese Tragflächenabdeckung eines A350 – eins der größten CFK-Teile. Die sichere Montage erfordert präzise bearbeitete Konturen.
(Bild: Airbus)

Faserverbundwerkstoffe wurden bereits beim ersten Motorflug der Geschichte eingesetzt, zu dem die Gebrüder Wright mit ihrem Flyer 1 im Dezember 1903 gestartet sind. Heute sind sie aus dem Aeorspace-Bereich nicht mehr wegzudenken und sie haben sich darüber hinaus bereits in weniger exotischen Branchen etabliert, wie etwa dem Fahrzeugbau.

Ihre besonderen Eigenschaften, zu denen eine hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit bei geringem Gewicht gehören sowie Korrosionswiderstand und die Möglichkeit, Komponenten relativ frei formen und bearbeiten zu können, haben ihren Siegeszug maßgeblich beschleunigt.

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Das Materialverhalten muss verstanden werden

Bild 1 zeigt die untere Tragflächenabdeckung eines Airbus A350 XWB, eins der größten CFK-Teile in der zivilen Luftfahrt. Die wichtigsten und meisten Rahmenkomponenten von Flugzeugen bestehen heute aus Composites. Bei deren Herstellung spielen die bekannten mechanischen Verfahren, wie Fräsen, Bohren und Schneidprozesse, eine wichtige Rolle. Damit die Bearbeitung wirtschaftlich erfolgen kann, müssen einige Fragen beantwortet sein: Welches Werkzeug ist das richtige? Welche Bearbeitungsstrategie ist produktiv? Wie teuer ist das Werkzeug?

Dieser Bericht soll Antworten geben. Er vergleicht verschiedene Bearbeitungsstrategien, beschreibt die Vorteile einer Trockenbearbeitung unter niedrigen Temperaturen sowie den Weg zur delaminationsfreien Endkontur durch das beste Werkzeug. Wichtig ist das Verständnis, dass CFK im Vergleich zu den homogenen Metallen ganz andere Materialeigenschaften besitzt, wie Vergleichstests mit Aluminium 7050 und Titan TiAL6V4 zeigen. Bei rund 9 % aller Anwendungen wurde dabei die Kombination von Fräsen und Bohren für Kreis- oder Orbitalfräsen genutzt [3]. Dabei kann der Vorteil geringer Axialkräfte etwa das Bohren von Löchern mit perfekter Oberflächen- und Austrittsqualität unterstützen. Bild 2 erklärt, wie bei der Bearbeitung von Metall in der primären Scherzone dort, wo das Werkzeug eingreift, Wärme entsteht. Bei der Bearbeitung von Composites wird das Material vor der Schneide gebrochen. Dafür ist keine Wärme nötig. Weil CFK sehr temperaturempfindlich ist, muss eine Erwärmung unbedingt vermieden werden.

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