Zerspanung Mapal Dr. Kress KG: Bearbeitung von Faserverbundwerkstoffen

Redakteur: Matthias Vogel

>> Die unterschiedlichen physikalischen Verhalten der Materialien bei der Bearbeitung von CFK, Metall und deren Verbundmaterialien (Stacks) wurden untersucht und verifiziert. Beispielsweise zeigt ein Modell auf, dass ein kleiner Spitzenwinkel für das Bohren von Composites zu bevorzugen ist, denn dadurch verringern sich das Reaktionsmoment und das Risiko der Delamination.

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Mapal Werkzeuge für das Bearbeiten von modernen Leichtbauwerkstoffen. (Bild: Mapal)
Mapal Werkzeuge für das Bearbeiten von modernen Leichtbauwerkstoffen. (Bild: Mapal)

Neue Luftfahrtprogramme, wie der Airbus A350, die Boeing 787 oder die C-Serie von Bombardier, setzen bei der Materialauswahl für stark beanspruchte Strukturkomponenten hauptsächlich auf CFK-Titan-Schichtverbunde. Um diese unterschiedlichen Materialien zu verbinden, ist das Nietverfahren auch heute noch dominierend. Folglich ist das präzise, gleichzeitig aber produktive und wirtschaftliche Bohren aller Materialien mit ihrer sehr heterogenen Bearbeitbarkeit von sehr hoher Bedeutung.

Unidirektional liegende Fasern

Die unterschiedlichen physikalischen Verhalten der Materialien bei der Bearbeitung von CFK, Metall und deren Verbundmaterialien (Stacks) wurden untersucht und verifiziert. Hierzu wurden Aluminium 7050, Titan TiAl6V4 und CFK (IM-M21E) sowohl gefräst als auch gebohrt.

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Das CFK aus der im Folgenden beschriebenen Versuchsreihe war ausschliesslich aus unidirektional liegenden Fasern (UD-Lagen in einer Richtung) aufgebaut.

Gegenlauffräsen geeignet

Die geeignete Bearbeitungsstrategie ist für das CFK-Fräsen das Gegenlauffräsen. Beim Gleichlauffräsen verläuft der erzeugte Riss senkrecht in die Oberfläche. Ähnlich wie beim Spalten von Holz, läuft beim Gegenlauffräsen der Riss in der Richtung des Vorschubs und unterstützt also den Materialabtrag.

Beim Gleichlauffräsen mit hohen Zeitspanvolumen wird der Staub in die frisch erzeugte Oberflächenrandzone gepresst, wenn die Kapazität der Staubabfuhr überschritten wurde. Der Vorschub beim Gleichlauffräsen ist dadurch limitiert. Dagegen kann beim Gegenlauffräsen der Staub leicht auf der gegenüberliegenden Seite entfernt werden.

Beim Gleichlauffräsen erreicht die Temperatur an den Schneidkanten ein absolutes Maximum, und das an der Stelle, an der die Oberfläche des Bauteils erzeugt wird. Dabei besteht das Risiko, dass die Schneidkante die Pyrolyse-Temperatur des CFKs überschreitet. Bei m Gegenlauffräsen dagegen kann die Schneidkante gekühlt werden und arbeitet so mit der minimal möglichen Prozesstemperatur.

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