gesponsertOptiMill-Composite-Speed-Plus für mehr Tempo MAPAL optimiert die CFK-Bearbeitung

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MAPAL Fabrik für Präzisionswerkzeuge Dr. Kress KG

Verbesserte Werkstückspanntechnik für große CFK-Bauteile ermöglicht es, schneller zu zerspanen. MAPAL unterstützt diese Entwicklung. Das Fräswerkzeug OptiMill-Composite-Speed-Plus gewährleistet mit Diamantbeschichtung und optimierter Geometrie die Prozesssicherheit.

Funktionierende und bereits auditierte Prozesse werden in der Aerospace-Industrie aufgrund des großen Aufwands nur ungern verändert. Doch der wachsende Kostendruck zwingt auch diese Branche dazu, ihre Produktion möglichst effizient zu gestalten. Für Flugzeughersteller war bislang die eingesetzte Spanntechnik das Hemmnis auf dem Weg zu höherer Performance. Große CFK-Bauteile werden üblicherweise mittels Vakuumspanntechnik fixiert. Doch die begrenzten Haltekräfte der Saugnäpfe erfordern relativ niedrige Schnittgeschwindigkeiten, um ein Aufschwingen zu verhindern. Das könnte sonst zu Qualitätseinbußen und Abweichungen von Form- und Lagetoleranzen führen.

Neue Spanntechnologien versetzen die Hersteller nun in die Lage, die Schnittwerte zu erhöhen. Unter den veränderten Prozessbedingungen zeigte sich jedoch durch die stärkere Belastung eine erhöhte Bruchgefahr beim Fräsen. Als Antwort auf diese Marktanforderung entwickelte der Werkzeughersteller MAPAL den OptiMill-Composite-Speed-Plus.

Größerer Kern, weniger Spanraum

Um die Biegebruchfestigkeit zu erhöhen, hat MAPAL den Kerndurchmesser seines VHM-Eckfräsers erhöht. Das geht auf Kosten des Spanraums, hat aber keine negativen Auswirkungen, da bei der CFK-Bearbeitung lediglich eine Art feiner Staub entsteht. Werkzeugtests mit verschieden großen Durchmessern ergaben keine Unterschiede, was die Abführung dieses Staubs und die Prozesswärme angeht. Mit dem größeren Kerndurchmesser erhöht MAPAL die Biegebruchfestigkeit spürbar.

Bei den Anforderungen an das Nutprofil zeigen sich ebenfalls Unterschiede zur Bearbeitung von Metall. Da der Spanwinkel bei CFK aufgrund eines niedrigen Zahnvorschubs nur gering im Eingriff ist, hat MAPAL den Schneidkeil auf maximale Stabilität ausgelegt.

Um Hebelkräften zu verringern und damit für eine erhöhte Bruchresistenz zu sorgen, weist der neue OptiMill-Composite-Speed-Plus zudem eine optimierte Hüllkontur auf. In der Praxis kommt man damit gut zurecht, wie Tim Rohmer, Produktmanager für Vollhartmetall Fräswerkzeuge bei MAPAL, erläutert: „Typische Bauteile für die Luftfahrt bestehen aus Stacks, also Verbundplatten, bei denen üblicherweise fünf bis 15 mm zerspant werden. Da reichen kürzere Werkzeuge vollkommen aus.“ Waren die Vorgängerwerkzeuge noch länger als in der DIN6527 festgelegt, so entspricht die neue Werkzeugreihe weitestgehend der Norm. MAPAL bietet die Werkzeuge in den Durchmessern von 4 bis 20 mm an.

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Gleichmäßige Diamantschicht

Für hohe Standwege bei der Bearbeitung der abrasiven Kohlefasern sorgt der OptiMill-Composite-Speed-Plus zudem mit einer neuartigen Diamantbeschichtung. Außergewöhnlich ist dabei die gleichmäßige Schichtdickenverteilung und die hohe Wiederholbarkeit, mit der MAPAL den Diamant im CVD-Verfahren aufbringt. Herkömmliche Beschichtungstechnologien erzeugen häufig unregelmäßige Schichten, die an der Spitze dicker sind als hinten an der Schneide. Dieser Verlauf sorgt für unterschiedliche Kantenverrundungen und damit schwankenden Schnittdruck und Verschleiß.

Die über die Schneidenlänge homogene Schichtdicke trägt zur Prozesssicherheit bei. Das ermöglicht eine gleichbleibende Performance unabhängig davon, welche Stelle der Schneide im Eingriff ist. Damit sind die Werkzeuge auch zur Umfangbearbeitung eines Stacks einsetzbar: Anwender nutzen den Fräser teilweise bis zum Verschleißende, setzen ihn dann nach und arbeiten mit einem frischen Teil der Schneide weiter. Der Eckfräser eignet sich für ein breites Anwendungsfeld. Neben der Umfangsbearbeitung werden mit ihm auch Nuten, Kanten und Taschen erzeugt.

Eine perfekte Schnittqualität ist in der Luftfahrtbranche sehr wichtig. Sobald die Fasern nicht mehr sauber getrennt werden und das Bauteil damit nicht mehr die gewünschte Qualität erreicht, werden die Werkzeuge gewechselt, auch wenn sie erst wenig verschlissen erscheinen. Seine hervorragende Schnittqualität erreicht der OptiMill-Composite-Speed-Plus durch speziell angeordnete „Fibrecatcher“ an den Schneiden, die eine Doppelkompression bewirken und die Faserüberstände extrem sauber trennen. Die Doppelkompression entsteht zusätzlich durch die Spiralisierung des Werkzeugs.

Ziehen oder Drücken: Verbesserungen um bis zu 30 Prozent

Zu den Besonderheiten der CFK-Zerspanung gehört, dass heute verfügbare Werkzeuge unterschiedliche Bearbeitungsqualitäten an den Werkstücken erzeugen. Der Anwender muss nach vorhandenem Werkstoffverbund entscheiden, welche Qualitätsanforderungen an das Bauteil gestellt sind und die ideale Werkzeugwahl treffen. Oftmals sind es Verbindungsstellen, die besonders saubere Kanten verlangen. MAPAL bietet seine Fräser in zwei Varianten an. Das rechtsspiralisierte Modell erzeugt eine ziehende Wirkung und dadurch axiale Zugkräfte, während die linksspiralisierte Variante schiebend wirkt und somit Druckkräfte in axialer Richtung bildet. Die Fibrecatcher arbeiten der durch die jeweilige Spiralisierung entstehenden Kräftewirkung entgegen.

Das Vorgängermodell verfügte noch über eine dritte, neutrale Variante. Mit der Weiterentwicklung entfällt diese, da die neuen Werkzeuge die Axialkräfte um bis zu 40 Prozent reduzieren. Damit übernehmen die beiden Ausführungen des Neuprodukts auch alle Aufgaben, für die bisher die neutrale Version zum Einsatz kam. In punkto Standzeit, Laufruhe, Produktivität und Schnittqualität sind die neuen Werkzeuge um bis zu 30 Prozent besser als ihre Vorgänger.

Der Einsatz von CFK wächst in vielen Bereichen rasch an. Neben dem Automobilbau und Rennsport rückt der Consumer-Bereich in den Fokus: Hersteller von Sportgeräten wie Fahrrädern, Skiern, Snowboards oder Angeln bedienen sich immer häufiger des modernen Materials. Mit seinen scharfen Schneiden bietet sich der OptiMill-Composite-Speed-Plus darüber hinaus auch für die Zerspanung von Thermoplasten und Duroplasten an. Da diese Kunststoffe nicht abrasiv sind, wird hier auf eine Beschichtung verzichtet und mit scharfen Schneidkanten gearbeitet. Auch für die Bearbeitung von Glasfaserwerkstoffen empfiehlt MAPAL die unbeschichteten Werkzeuge.

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