Produktion

Optimierungspotenziale für die CFK-Bearbeitung

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Eine innovative Bohrergeometrie verhindert die bei unidirektionalen CFK-Decklagen besonders kritische Delamination am Bohrungsaustritt (Bild 3). Dadurch kann auf schützende Glaslagen verzichtet werden, womit sowohl Strukturgewicht als auch Produktionskosten sinken.

Bild 3: Eine innovative Geometrie eines diamantbeschichteten Stufenbohrers verhindert die bei unidirektionalen CFK-Decklagen besonders kritische Delamination am Bohrungsaustritt.
Bild 3: Eine innovative Geometrie eines diamantbeschichteten Stufenbohrers verhindert die bei unidirektionalen CFK-Decklagen besonders kritische Delamination am Bohrungsaustritt.
(Bild: IPMT TUHH)

Beim Bohrsenken von CFK-Strukturen können aufgrund der bislang üblichen Oberflächenrauheit diamantbeschichteter Werkzeuge Ratterschwingungen angeregt werden, die zum Werkzeugversagen und zu Ausschuss führen. Durch einen optimierten Beschichtungsprozess wird die Oberflächenrauheit deutlich reduziert und ein schwingungsfreier Bohrsenkprozess erreicht (Bildfolge 4). So konnten die Standzeit im Vergleich zu den herkömmlichen, unbeschichteten Bohrsenkern vervierfacht sowie die Werkzeugkosten um 40 % und die Rüstzeiten um 75 % gesenkt werden.

Bildfolge 4: Senkungsoberflächen im Vergleich: hier bei konventioneller Diamantschicht mit Ratterschwingungen und unten die schwingungsfreie Ausprägung bei glatter Schicht.
Bildfolge 4: Senkungsoberflächen im Vergleich: hier bei konventioneller Diamantschicht mit Ratterschwingungen und unten die schwingungsfreie Ausprägung bei glatter Schicht.
(Bild: IPMT TUHH)

(Bild: TUHH)

Eine von CFK-Staub freie Umgebung ist anzustreben

Häufig müssen Schichtverbunde aus CFK und Aluminium oder Titan gebohrt werden. Die prozesssichere Entfernung langer Metallspäne aus der Bohrung sowie die Einhaltung der Bohrungstoleranz erfordern deshalb oft eine Minimalmengenschmierung (MMS), die eine aufwendige Reinigung nach sich zieht. Eine alternative Methode kann eine der Vorschubbewegung überlagerte Oszillation sein. Bei geeigneter Phasenverschiebung der aufeinander folgenden Schneideneingriffe, kann die Spanbildung periodisch unterbrochen werden, ohne dass die Bohrerschneiden mechanisch überlastet werden (Bild 5).

Jüngste Entwicklungen entsprechender „Peck-Feed“-Bohrsysteme sind ein wesentlicher Schritt hin zu komplett trocken ausgeführten Präzisionsbohrungen in CFK-Leichtmetall-Schichtverbunden.

Bild 5: Verlauf der Spanungsdicke, abhängig vom Zahnvorschub und der „Peck-Feed“-Amplitude. Eine geeignete Axialschwingung lässt kurze Späne entstehen.
Bild 5: Verlauf der Spanungsdicke, abhängig vom Zahnvorschub und der „Peck-Feed“-Amplitude. Eine geeignete Axialschwingung lässt kurze Späne entstehen.
(Bild: IPMT TUHH)

Die Entfernung des bei der Bearbeitung erzeugten CFK-Staubs verdient aus Gründen des Gesundheitsschutzes der Maschinenbediener, des Verschleißschutzes mechanischer Maschinenkomponenten sowie elektronischer Hardware eine hohe Aufmerksamkeit.

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