CFK-Zerspanung Nassbearbeitung von CFK: wirtschaftliche Alternative

Kühlschmierstoffe (KSS) bieten Anwendern deutliche Vorteile bei einer wirtschaftlichen Zerspanung von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK). Die Kühl- und Schmierwirkung des KSS, kombiniert mit einem veränderten Trennprinzip der Fasern, ermöglicht eine Alternative zur Trockenbearbeitung. Das Fraunhofer IPA und die Blaser Swisslube AG verfolgen dabei einen ganzheitlichen Forschungsansatz.

Anbieter zum Thema

Blaser Swisslube AG

Rhenus Lub GmbH & Co KG

Walter (Schweiz) AG

Bei der spanenden Bearbeitung von CFK sind deutliche Unterschiede zur Zerspanung von metallischen Werkstoffen festzustellen wie z. B. bezüglich der materiellen Symmetrie, des am besten geeigneten Trennprinzips etc. CFK ist ein heterogenes Material, da Fasern und Matrix unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Ausserdem ist die Kohlenstofffaser sehr abrasiv, was einen hohen Werkzeugverschleiss mit sich bringt und die Standzeiten stark verkürzt. Darüber hinaus erschwert die Temperaturempfindlichkeit der Kunststoffmatrix – aufgrund der schwachen Wärmeleitfähigkeit – die Bearbeitung, wodurch hohe Prozessgeschwindigkeiten limitiert sind. Neben dem erhöhten Werkzeugverschleiss stellen die gesundheitsgefährdenden und zum Teil alveolengängigen (Partikel, die so klein sind, dass sie bis in die Lungenbläschen vordringen können) CFK-Stäube beim Zerspanen ein enormes Problem dar.

Kühlschmierstoffe als Lösungsansatz

Ein Grossteil der spanenden Bearbeitung findet bisher ohne den Einsatz von Kühlschmierstoffen statt. Dabei weist die Nassbearbeitung im Hinblick auf Produktivität, Staubbindung, Bearbeitungsqualität und Werkzeugstandzeit deutliche Vorteile im Vergleich zur Trockenbearbeitung auf.

Staubbindung

Die staubbindende Wirkung von Kühlschmierstoffen konnte bereits in experimentellen Versuchen am Fraunhofer IPA nachgewiesen werden. Hierzu fanden Partikelmessungen in einem CNC-Bearbeitungsraum für trocken und nass gefräste CFK-Proben statt. Im Vergleich zum Trockenverfahren konnten die in der TRGS 900 [1] erlaubten Partikelgrenzwerte mit Hilfe einer Überflutungskühlung dauerhaft eingehalten werden.

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