Compositeteile möglichst wirtschaftlich zerspanen

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Bearbeitungsstrategien im Vergleichstest

In Bild 3 werden zwei verschiedene Herangehensweisen zur CFK-Zerspanung betrachtet – die Gegenlauf- und die sogenannte Gleichlaufstrategie. Die wichtigsten Merkmale sind die Orientierung bearbeitungsbedingter Rissverläufe, die Schneidkräfte sowie die Möglichkeit zur Staubabfuhr und die Temperatur der frisch erzeugten CFK-Bauteiloberfläche. Die rote Linie markiert die kritische und empfindliche Oberfläche. Diese sollte in möglichst guter Qualität sowie thermisch unbeeinflusst vorliegen.

Bei der Bearbeitung im Gleichlauf bildet sich der Riss senkrecht zur Oberfläche. Beim Gegenlauf folgt er der Vorschubrichtung, was die Bearbeitung erleichtert. Ähnlich wie beim Spalten von Holz mit der Axt unterstützt der vorlaufende Riss den Trennvorgang und reduziert so auch qualitätsmindernde Vibrationen. Das macht die Bearbeitung präziser. Entstehender Staub kann dabei leicht entweichen. Bei der gegenläufigen Zerspanung wird der Staub in der Nut des Werkzeugs gefangen und kann erst entweichen, wenn die Schneide die finale Oberflächenqualität erstellt. Bei höheren Vorschüben entsteht dabei so viel Druck, dass der klebrige Staub in die Oberfläche des empfindlichen CFK gedrückt wird.

Es ist davon abzuraten, im Gleichlauf mit hohen Vorschüben zu arbeiten, weil sonst das Werkzeug und das Bauteil beschädigt werden können. Außerdem sollte man bedenken, dass der entstehende CFK-Staub in der Regel ein viermal größeres Volumen hat als das theoretische Spanvolumen des Werkzeugs. Bei der Gegenlaufbearbeitung bleiben die Temperaturspitzen relativ klein. Bei der anderen Variante erreicht die Temperatur der Schneidkante in dem Bereich, wo sie das CFK berührt, ein Maximum. Folgende Maßnahmen können die CFK-Zerspanung noch weiter optimieren:

• Die Werkzeuge sollten besonders große Spanräume aufweisen, um Überlastungen zu vermeiden.

• Um Vibrationen zu reduzieren und mit höherem Vorschub arbeiten zu können, sollte das Werkzeug möglichst viele Schneiden haben.

• Außerdem können die Bearbeitung mit Kühlschmiermitteln (KSS) oder kryogene Methoden helfen. Neuartige Filter entfernen die Stäube sicher aus den Kühlmedien.

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