GFK- und CFK-Bauteile effizient bearbeiten

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Hermann Kemper GmbH & Co. KG - Hersteller für CNC Drehteile

GGB Heilbronn GmbH

Mikron Switzerland AG, Division Tool

Hufschmied Zerspanungs- systeme GmbH

Composites verlangen speziell ausgeführte Bohrergeometrien. Kleine Spitzenwinkel und große Spanwinkel verbessern die Bohrungsqualität und reduzieren die Axialkräfte. Das ist bei dünnwandigen Teilen wichtig.

Composites-Zerspanung erfordert hohe Drehzahlen und wenig Wärmeeintrag

Denn dort wird man besonders mit einem, für die prozesssichere Bearbeitung, hinderlichen Vibrations- und Resonanzverhalten konfrontiert. Anderseits lässt sich das Material natürlich nur mit hohen Drehzahlen und Zerspanungsleistungen bearbeiten.

Trotzdem muss es bei der Zerspanung von kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffen (CFK) oberstes Ziel sein, ein Zuviel an Wärme gar nicht erst entstehen zu lassen. Die würde die Matrix aus Fasern und Harz schädigen.

Werkzeuge von Hufschmied sind also konsequent für die Zerspanung bei hohen Geschwindigkeiten und großen Vorschüben optimiert. Und zwar so, dass ihre Auslegung immer über der Leistungsfähigkeit der vom Kunden eingesetzten Werkzeugmaschine liegt.

Robotersysteme in der Composites-Bearbeitung erhöhen Anforderungen an Zerspanungswerkzeuge

Da aus Kostengründen – vor allem im Automobil- und Aerospace-Bereich – bei der Bearbeitung in jüngster Zeit immer mehr Robotersysteme zum Einsatz kommen, führt das zu steigenden Stabilitätsanforderungen bei den dort eingesetzten Werkzeugen. Hufschmied unterscheidet vier unterschiedliche Anforderungsprofile.

Die erste Gruppe sind die sogenannten Router, die älteste Gruppe an Zerspanungswerkzeugen für CFK. Um eine Trennung der Schichten bei der Bearbeitung des Faserverbunds zu vermeiden, werden je nach Materialstärke schiebende oder ziehende Geometrien angeboten. Die differenzieren sich in vier Verzahnungstypen von fein bis schwingungsdämpfend aus. Letztere vor allem für labile Bauteile oder Aufspannungen.

Beschichtungen erhöhen Standzeiten von Werkzeugen zur Composites-Zerspanung

Zur Erhöhung der Werkzeugstandzeiten können unterschiedliche Beschichtungen geordert werden. Hufschmied setzt in dieser Werkzeuggruppe vakuumbasierte Beschichtungsverfahren (PVD) und Diamant-Beschichtungen ein. Eben je nachdem, welche Harze und Nanokomponenten im zu bearbeitenden Material in welchem Verhältnis auftreten. Denn die haben direkten Einfluss auf den Verschleiß.

Ein Beispiel aus der Praxis: Im ersten Versuch mit unbeschichtetem Material stand das Werkzeug 100 Bohrungen. Nach der Beschichtung mit einer dem Werkstoff angepassten Diamantschneide ergaben sich bei den ersten Tests, ohne weitere Anpassung der Prozesse, fehlerfreie 1000 Bohrungen.

Diamantbeschichtung verhindert Adhäsion der Harze am Zerspanungswerkzeug

Dieses gute Ergebnis resultiert aus den Materialeigenschaften der so beschichteten Schneide. Diamant ist unter anderem auch beständig gegen chemische Einflüsse. Was die Adhäsion der Harze am Werkzeug verhindert.

Solche Anhaftungen führen aber während des Bohrens zu immer weiter ansteigenden Drehmomenten. Das hat einen direkten Einfluss auf die Standzeit. Beschichtete Werkzeuge dieser Gruppe arbeiten mit Zahnvorschüben zwischen 0,08 bis 0,2 mm pro Schneide und im mittleren Schnittgeschwindigkeitsbereich, der um etwa das Dreifache über dem von unbeschichteten Werkzeugen liegt.

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