Mapal Dr. Kress KG: Bearbeitung von Faserverbundwerkstoffen

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MAPAL Fabrik für Präzisionswerkzeuge Dr. Kress KG

Diese Theorie wurde durch verschiedene Testserien im Versuch und bei Kundeneinsatz bestätigt. Darüber hinaus konnten folgende Erkenntnisse gewonnen werden, was die Bearbeitung von CFK angeht:

• Die Nuten der Werkzeuge müssen genügend gross ausgestaltet sein, um einen Bruch des Werkzeugs durch Überladen bei hohen Vorschüben zu vermeiden.

• Neben der geeigneten Strategie kann der Vorschub durch eine höhere Zähnezahl vergrössert werden. Voraussetzungen dafür sind ausreichende Stabilität und Steifigkeit der Maschine.

Kleiner Spitzenwinkel

Prozessmodelle eignen sich dazu, einen komplexen Sachverhalt in die wesentlichen Bestandteile aufzuteilen und diese dadurch besser diskutieren zu können. Das folgende Modell zeigt, dass generell ein kleiner Spitzenwinkel für das Bohren von Composites zu bevorzugen ist.

Dabei ist die CFK-Oberfläche in idealisierter Form durch eine Schicht von drei UD-Lagen dargestellt. Jede Schicht wird durch ein Roving beschrieben, der circa 25 000 Fasern enthält. Der Faser-/Volumen-Anteil (Volumenanteil von Fasern und Harz) innerhalb der Rovings ist um ein Mehrfaches höher als zwischen den Rovings. Zwischen den Rovings ist ausschliesslich der Matrixwerkstoff mit wesentlich geringerer Festigkeit. Unter der Belastung durch den Spitzenwinkel des Bohrers wird ein Bruch entlang dieser Matrixschicht mit niedrigem Faseranteil erfolgen.

Wenn der Bohrer sich der letzten Schicht nähert, entsteht in Abhängigkeit vom Spitzenwinkel eine Biegespannung am Roving. Der grössere Spitzenwinkel erzeugt eine grössere Flächenlast und damit eine höhere Dehnkraft und ein höheres Reaktionsmoment an den Seiten des Rowings. Die erhöhte Dehnkraft im Rowing führt zum Riss und das Reaktionsmoment zur Delamination. Wird ein kleinerer Spitzenwinkel verwendet, verringern sich das Reaktionsmoment und das Risiko der Delamination.

Halbautomatische Bohrvorschubeinheiten

Grosse Werkzeugmaschinen weisen maximale Stabilität und Dämpfungseigenschaften auf. Entlang des Flugzeugrumpfes jedoch sind grosse Teile des Bauteils für Werkzeugmaschinen nicht erreichbar. Hier kommen halbautomatische Bohrvorschubeinheiten zum Einsatz. Diese Bohrvorschubeinheiten werden in einer Vorrichtung z.B. über einen Bajonettverschluss verriegelt. Diese halbautomatischen Maschinen sind mit speziell angefertigten Buchsen ausgestattet, um den Bohrer zu führen. Diese Führung hilft, Vibrationen am Werkzeug beim Einritt in das Bauteil zu vermeiden. So können auch sehr lange Werkzeuge eingesetzt werden. Sogar mit PKD können H8-Qualitäten in einem Schuss erreicht werden.

Zum Vollbohren mithilfe von Robotern werden spezielle Effektoren mit Druckstempelbuchse eingesetzt. Bei der Bearbeitung mit dem Roboter-Endeffektor gibt es keine Führungsbuchsen, die den Verlauf des Bohrers beim Anschnitt verhindern. Das Werkzeug muss daher eigene Führungs-, Stabilisierungs- und Dämpfungsstrategien aufweisen. Diese Technologie ermöglicht es, so Bohrungen in sehr hoher Qualität auch auf dem Roboter herzustellen. <<

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