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Zerspanung von Composites und Aluminium

Diamant erleichtert Zerspanung innovativer Werkstoffe

| Redakteur: Peter Königsreuther

Leichtbauwerkstoffe überzeugen laut Cemecon mit geringem Gewicht sowie hoher Festigkeit und Stabilität. In der Zerspanung seien sie allerdings echte Schwergewichte. Dafür hat das Unternehmen jetzt eine werkzeugtechnische Lösung parat.

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Cemecon hat, wie es heißt, die Zukunftstechnologie Hipims zur Marktreife gebracht. Damit soll sich eine signifikant längere Lebensdauer der Werkzeuge auch bei der Bearbeitung extrem schwer zu zerspanender Materialien ergeben sowie eine maximale Produktivität bei der Zerspanung von innovativen Werkstoffen, zu denen Cemecon etwa faserverstärkte Kunststoffe, Keramiken oder Graphite zählt.
Cemecon hat, wie es heißt, die Zukunftstechnologie Hipims zur Marktreife gebracht. Damit soll sich eine signifikant längere Lebensdauer der Werkzeuge auch bei der Bearbeitung extrem schwer zu zerspanender Materialien ergeben sowie eine maximale Produktivität bei der Zerspanung von innovativen Werkstoffen, zu denen Cemecon etwa faserverstärkte Kunststoffe, Keramiken oder Graphite zählt.
(Bild: Cemecon)

Beim Bohren und Fräsen von harten und zugleich zähen Speziallegierungen oder Compositewerkstoffen für den Flugzeugbau sorgen Cemecons Premiumbeschichtungen, wie es heißt, für hohe Prozesssicherheit, sie ermöglichen sehr gute Fertigungsqualität und sichern zugleich langfristig die Wirtschaftlichkeit der Zerspanung...

Flugzeug-Aluminium hat es in sich...

Beim Aufsetzen auf die Landebahn geht ein sanfter Ruck durch den Rumpf des Flugzeugs. Und auch während des Fluges ist ganz schön Bewegung in der Maschine, was laut Cemecon jeder – je nach Sitzplatz – an den Flügelenden beobachten kann. Gut, zu wissen, dass Flugzeuge keineswegs so starr sind, wie sie auf den ersten Blick wirken. Tatsächlich sind sie durch und durch auf Elastizität getrimmt, erklärt der Spezialist. Die Aluminiumlegierungen, die in der Luftfahrt eingesetzt würden, seien perfekt auf diese Belastungen hin ausgelegt und viel zäher als die Legierungen, die im Automobilbau zu finden seien; denn sie enthalten nur einen Bruchteil an Silizium – das verleiht dem Werkstoff seinen Widerstand gegen die ständige dynamische Belastung durch Vibrationen und Schwingungen im Flugbetrieb. So bleiben Flugzeuge über ihre gesamte Lebensdauer sicher, sagt Cemecon. Die verbreiteten Flugzeugmodelle seien deshalb für 25 Jahre, 60.000 Flugstunden und 48.000 Landungen ausgelegt und hielten in der Regel noch weitaus länger durch.

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Kaltaufschweißungen sind des Werkzeugs Tod

Der geringe Siliziumgehalt bedeute einen sehr hohen Anteil reinen Aluminiums in der Legierung. Letzteres habe aber bekanntlich die Tendenz sehr stark zu schmieren, sobald es bei dessen Zerspanung zu heiß werde. Eine Tatsache, die beim Fräsen unbedingt beachtet werden muss, sonst folgen schädliche Materialaufschweißungen am Werkzeug, so Cemecon. Der von der Reibungswärme „verflüssigte“ Span schmiert quasi auf dem Werkzeug auf, erkaltet und haftet dort augenblicklich stärker als jeder Sekundenkleber, wie Cemecon weiß. „Der nächste Span reißt dann an dieser Erhöhung, die da nicht hingehört. Die wirkenden Kräfte sind so hoch, dass gleich ein ordentliches Stück Beschichtung und Hartmetall mit herausgebrochen werden kann“, beschreibt Manfred Weigand, Produktmanager Round Tools bei Cemecon, wie es durch Kaltaufschweißungen zum Exitus eines Werkzeugs kommt.

Die richtige Schicht für die Alu- und Titan-Bearbeitung

Alucon-Beschichtungen auf Basis vom Titandiborid – kurz TiB2 – haben laut Weigand aber eine extrem geringe Affinität zum Aluminium. Statt zu haften, gleite der Span über das Werkzeug. Das Resultat sei ein besonders effektiver Späneabtransport. Damit die Schneidkanten so scharf bleiben, wie es nötig ist, um beim Zerspanen eine optimale Oberfläche des zähen Flugzeugaluminiums zu erreichen, werden diese Hipims-Schichten, wie es weiter heißt, alternativ mit nur 1 µm oder 2 µm Schichtdicke besonders dünn abgeschieden. Mit Hipims würden TiB2-Beschichtungen bei extrem guter Haftung auch sehr dicht applizierbar. Das macht den Schichtwerkstoff Alucon zur idealen Basis für die Ausrüstung von Werkzeugen zur Titanbearbeitung. Sowohl Aluminium als auch Titan werden laut Cemecon in modernen Flugzeugen immer häufiger in Kombination mit Compositewerkstoffen – also als Sandwichmaterial – mit carbonfaserverstärkten Polymeren verbaut.

Gratbildung unter 0,1 mm bei Alu-CFK-Sandwiches

„Ein Loch bohren in ein Bauteil, das zunächst porös und hochabrasiv und dann im Verhältnis weich und zäh ist? Das stellt spezielle Anforderungen an Substrat, Schneidgeometrie und Beschichtung“, weiß Weigand aufgrund seiner Erfahrungen. CCDia-Aerospeed – ursprünglich konzipiert für die CFK-Bearbeitung – bietet auch für das Duo CFK und Aluminium eine ausbalancierte Lösung, sagt er. Die nanokristalline Diamantoberfläche sei extrem glatt und chemisch inert – darum sei auch damit ein effektiver Späneabtransport gesichert. Besonders scharf sind die mit CCDia-Aerospeed beschichteten Werkzeuge, wie es heißt, auch, weil die Kantenverrundung der Schneide wesentlich geringer ausfällt als bei herkömmlichen Diamantbeschichtungen gleicher Dicke. Mit CCDia-Aerospeed ließen sich beim Austritt des Bohrers aus der Alu-Composite-Schicht Grate von unter 0,1 mm erreichen – ein, wie Cemecon betotn, verbreiteter Standard im Flugzeugbau einhalten.

Multilayer-Diamantbeschichtungen von Cemecon zeichnen sich außerdem als die richtige Philosophie für das aktuelle Thema CFK-Titan-Bearbeitung ab, wie Weigand sagt. „Aktuelle Versuche beweisen, dass unser System bald die deutlich wirtschaftlichere Zerspanung dieses Compositwerkstoffs erlaubt“, prognostiziert Weigand.

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