Carbonfaserverst?rkter Kunststoff ist beliebt: Das Material hat ein geringes spezifisches Gewicht und eine hohe Steifigkeit – perfekt für Bauteile, die leicht und hochstabil sein sollen, wie Flugzeugflügel, Automobilanbauteile und Fahrradrahmen. Für Zerspaner ist CFK jedoch eine Herausforderung. Besonders an Werkzeuge und Aufspannung stellt das Material hohe Anforderungen. Christian Gauggel, CFK-Experte bei Gühring, erz?hlt im Interview, worauf Sie bei der Bearbeitung von CFK achten sollten.
Was sind typische spanende CFK-Bearbeitungen?
Typisch ist die Fertigbearbeitung der Bauteilkanten, einbringen von Taschen und Ausschnitten sowie die Herstellung von Funktionsfl?chen mit Fr?sern. Erg?nzend kommt das Bohren zum Einbringen von Verbindungselementen hinzu. Vor allem in der Luftfahrt werden viele solche Bohrungen für Niete hergestellt. Dies ist wichtig, um einzelne CFK-Bauteile sp?ter mit metallischen Bauteilen zu gr??eren hybriden Strukturen zu verbinden.
Welche Anforderungen stellt CFK an Werkzeuge?
Die Fasen in faserverst?rkten Werkstoffen müssen prozesssicher und über eine lange Einsatzdauer des Werkzeuges sauber getrennt werden, ohne das Material zu sch?digen. Die Fasern wirken durch die hohen Festigkeiten aber stark abrasiv auf die Schneidkanten des Werkzeuges. Schon nach kurzer Kontaktzeit k?nnen so die scharfen Schneidkanten verrundet werden. Damit die Bauteilqualit?t nicht abnimmt oder gar die Bauteilintegrit?t durch Besch?digungen leidet, müssen die Werkzeuggeometrien Beschichtungen und Schneidstoffe so gew?hlt werden, dass die Schneidkanten m?glichst lange scharf bleiben.
Unter dem Mikroskop sind die Fasern von CFK deutlich sichtbar.
Was bedeutet das für die Konstruktion der Werkzeuge?
Werkzeuge für die CFK-Bearbeitung werden mit scharfen Schneiden ausgelegt. Wichtig sind an den Werkstückwerkstoff angepasste Span- und Freiwinkel. Diese liegen bei CFK üblicherweise im Bereich zwischen 10 und 25 Grad und sind somit deutlich gr??er als bei der Metallbearbeitung. Wo es m?glich ist, werden die Werkzeuge mit einer Gühring-Cristall-Diamantbeschichtung versehen, damit erreichen wir bis zu zehnmal h?here Standzeiten. Bei Werkstoffen, die stark zur Bildung von Faserüberst?nden neigen, setzen wir auf Kompressions-Geometrien welche die Fasern definiert erfassen und eine Schnittbewegung hin zum Werkstück ausführen. Darüber hinaus ist auch eine gute Spanabfuhr entscheidend für die Zerspanung von CFK Werkstoffen in Serienanwendungen. Die Sp?ne beinhalten einen Gro?teil der entstehenden Prozesstemperatur darum ist es wichtig, zum Erreichen maximaler Standzeiten diese Sp?ne mit der enthaltenen W?rmeenergie zügig abzuführen und auf jeden Fall eine Mehrfachzerspanung durch erneuten Kontakt der Sp?ne mit dem Werkzeug zu verhindern. All diese Geometriemerkmale sind im Detail auf genutzte Gühring-Hartmetall-Sorten abgestimmt, wie zum Beispiel auf die Hartmetall-Sorten DK256EH und DK120.
Wenn Ihre Fertigung mit einer geeigneten Raumabsaugung ausgestattet ist, k?nnen Sie CFK trocken bearbeiten. Dann sparen Sie sich auch sp?tere Reinigungsschritte. Ohne passendes Absaugungskonzept sollte der Staub, der bei der Zerspanung entsteht, m?glichst mit Kühlschmierstoff gebunden werden. Es gibt allerdings auch Anwendungen, bei denen beides nicht infrage kommt, zum Beispiel wenn das Bauteil sehr gro? ist und dadurch zuviel Schmiermittel ausgertragen werden kann oder wenn die Zug?nglichkeit für die Absaugung nicht m?glich ist. In diesen F?llen wie auch bei manueller oder halbautomatischer Bearbeitung empfehle ich den Einsatz von Minimalmengenschmierung, um durch die Schmierwirkung die Qualit?t am Bauteil zu verbessern.
Bauteilschwingungen sind in vielen F?llen ein entscheidender Faktor für die Werkzeugstandzeit und Bauteilqualit?t. CFK-Bauteile sind meist schalenf?rmig, bedingt durch den Lagenaufbau und das Anwendungsfeld. Das macht die Aufspannung des Werkstücks schwierig. Perfekt sind hier gefr?ste Negativ-Formen mit integrierter Vakuumspannung, auf denen das Bauteil fl?chig aufliegt. Auf diese Weise bleibt es bei der Bearbeitung quasi schwingungsfrei. Bei Kleinserien ist dies Methode in der Regel zu teuer. Hier werden meist Klemmhebel oder variable Vakuumspannelemente für die Aufspannung verwendet. Auch mit diesen Mitteln lassen sich gute Spannbedingungen erzeugen. Vorsicht ist jedoch immer dann geboten, wenn w?hrend der Bearbeitung die Spannkraft zum Beispiel bei Vakuumspannfeldern durch Ausschnitte im Bauteil abnimmt oder gar das Bauteil durch den Beschnitt entsprechen labil wird.
K?nnen CFK-Werkzeuge nachgeschliffen werden?
Werkzeuge für die CFK-Bearbeitung sind oft diamantbeschichtet und k?nnen deshalb nicht wirtschaftlich nachgeschliffen werden. Auch VHM-Fr?ser mit sehr aufwendigen Geometrien werden in der Regel nicht nachgeschliffen. Bohrer, die nicht mit einer Diamantbeschichtung versehen sind, werden hingegen oft sogar mehrfach nachgeschliffen. Im Falle von Fr?s- und Bohr-Werkzeugen mit PKD-Schneiden kann auch ein Nachsch?rfen oder eine Bestückung mit neuen Schneiden erfolgen.
So gro? wie die Bandbreite an Anwendungen und Materialien bei CFK ist, so breit ist auch die Auswahl an Schneidstoffen. Je nach Anwendungsfall kommen bei der CFK-Bearbeitung PKD-Werkzeuge, Werkzeuge aus Vollhartmetall (VHM), blank oder diamantbeschichtet zum Einsatz. Bei der Handbearbeitung in Montageabteilungen wird sogar oft noch mit Werkzeugen aus Schnellarbeitsstahl (HSS) gearbeitet.
Absolut! In fast allen Branchen finden faserverst?rkte Werkstoffe durch Ihre speziellen Materialeigenschaften Anwendung. Insbesondere die aktuelle Debatte um Energie- und Co2 Einsparung, stellt die Industrie in allen Bereichen vor gro?e Herausforderungen und befeuert damit den Leichtbau. Viele dieser Leichtbaul?sungen verwenden CFK-Materialien und steigern damit die Nachfrage nach Werkzeugen für diesen speziellen Sektor. Aber bereits in den letzten Jahren vor Corona konnten durch die stark gestiegene Ausbringungsrate der Luftfahrtindustrie und die Hybridisierung und Elektrifizierung der Automobilbranche Steigerungen beobachtet werden. Da sich die für die kommenden Jahre geforderten Energieeinsparungen nicht ohne Leichtbau und CFK erzielen lassen, bin ich mir sehr sicher, dass sich dieser Trend auch in Zukunft fortsetzen l?sst.
Werkzeugprogramm ?Moderne Werkstoffe“
Mit dem Werkzeugprogramm ?Moderne Werkstoffe“ bietet Gühring eine Auswahl an Werkzeugen für die Bearbeitung von faserverst?rkten Materialien und Materialkombinationen. Hierbei bedient sich der Werkzeughersteller einer gro?en Fertigungstiefe und kann komplexe Werkzeuge produzieren, die durch Abstimmung von Geometrie, Hartmetall und Beschichtung optimal für diese Anwendungen ausgelegt sind. Dieses Programm wird st?ndig an die aktuellen Anforderungen angepasst und erweitert. Weitere Informationen finden Sie hier.
Technische Beratung und Support erhalten Sie auch schnell und direkt über unsere Service-Hotline 00800 2607 2607
Auch auf WhatsApp sind wir für Sie erreichbar: +49 172 658 53 53. Gleich einspeichern!
Das k?nnte Sie auch interessieren:
Mit Diamant gegen Verschlei?: Magnesiumbearbeitung in der E-Mobilit?t
Bei der Fertigung von Magnesiumteilen für E-Motoren st??t ein Kunde auf Verschlei?probleme: Mit speziellen Diamantwerkzeugen erh?ht Gühring die Standzeit von Wochen auf ein Jahr. So spart das Unternehmen Kosten und Zeit.
Trennverfahren für hybride Leichtbaustrukturen
Bei r?umlich gekrümmten Schalenbauteilen wie Rumpfschalen für Flugzeuge, sto?en konventionelle S?ge- bzw. Trennschleifprozesse an ihre Grenzen. Die L?sung: ein Werkzeugprototyp, den Gühring zusammen mit der Technischen Universit?t Hamburg entwickelt hat.
Welche Schneide h?lt l?nger? Entwicklung eines Titanfr?sers
Kaum eine Branche stellt so hohe Ansprüche an Werkzeuge wie die Luftfahrt: Zerspanraten bis zu 90 Prozent, komplexe Bauteile, hochwarmfeste Werkstoffe. Deshalb haben wir einen Hochleistungsfr?ser für diesen Bereich entwickelt: den RF 100 Ti Aircraft.