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Maßgeschneiderte PKD-Werkzeuge senken Kosten bei CFK-Zerspanung

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Hier ist die Kompetenz der Firmengruppe LMT Tools mit ihrer 50-jährigen Erfahrung in der Zerspanung von Kunststoffen sowie ihrer mehr als 100-jährigen Erfahrung in der industriellen Massenfertigung gefragt. Experten der LMT-Firmen Belin, Onsrud und Kieninger entwickeln ständig optimierte Werkzeugsysteme zur Kunststoffbearbeitung. Nachhaltige Entwicklungsergebnisse können dabei nur durch intensiven Kontakt mit Werkstoffherstellern und Anwenderfirmen erzielt werden.

Ausfransungen und Delamination müssen vermieden werden

Zu den Hauptanforderungen innovativer Werkzeuganwendungen gehören neben der Prozesssicherheit auch die Bauteilqualität. Dabei geht es vorwiegend um das Vermeiden von Ausfransungen und Delamination, denn das Ablösen einzelner Schichten der Werkstoffverbunde durch Zerspankraftkomponenten muss verhindert werden.

Die beste Lösung zur Vermeidung von Delamination bei der Zerspanung von CFK-Werkstoffen sind Kompressionswerkzeuge. Eine gegenläufige Anordnung der Schneiden bewirkt eine Kombination von ziehendem und schiebendem Schnitt und verhindert, dass sich einzelne Lagen vom Laminat lösen und Fasern an den Bauteilkanten herausbrechen.

Bauteile können bis zu dreimal so schnell bearbeitet werden

Das Fräswerkzeug DFC Compression Mill von LMT Onsrud (Bild 2) hat einen definierten Kompressionspunkt. Der untere Schneidenbereich bewirkt einen ziehenden Schnitt, der obere einen schiebenden Schnitt. Dieses Werkzeug ist speziell für Werkstücke mit geringer bis mittlerer Wanddicke ausgelegt. Die Anwender profitieren vom deutlich höheren Vorschub: Bauteile können bis zu dreimal so schnell bearbeitet werden wie mit konventionellen Werkzeugen. Der Fräser ist sowohl mit Diamantbeschichtung als auch mit AlTiN-Beschichtung verfügbar.

Der PCD Compression Mill von LMT Belin (Bild 3) besitzt gelötete PKD-Schneiden und maximierte Spankammergrößen. Sie ermöglichen hohe Zahnvorschübe und lange Standzeiten. Die im Vergleich zu beschichteten Werkzeugen schärfere Schneide verbessert die Oberflächenqualität bereits beim Schruppen.

Natürlich sind PKD-bestückte Werkzeuge auf den ersten Blick teurer als beschichtete Fräser. Erst bei der Anwendung zeigen sich die Vorteile. Beim Beschneiden von CFK konnten die Bearbeitungszeit und damit auch die Maschinenkosten um 38 % reduziert werden, verglichen mit AlTiN-beschichteten Werkzeugen. Ausschlaggebend waren die höheren Vorschubwerte und die längere Standzeit. Bild 4 zeigt die Bearbeitungszeit bei 1000 m Beschnittlänge einschließlich Werkzeugwechselzeit.

PKD-Werkzeuge bergen erhebliches Rationalisierungspotenzial

Die Gesamtbilanz der Lebensdauerkosten im Verhältnis zur Lebensdauerleistung zeigt bei PKD-Werkzeugen optimale Ergebnisse, nicht zuletzt deshalb, weil die Werkzeuge auch nachgeschliffen werden können. PKD-Werkzeuge bergen also dort, wo sie einsetzbar sind, ein erhebliches Rationalisierungspotenzial.

Für das Vernieten von Strukturbauteilen aus CFK, teilweise kombiniert mit anderen Werkstoffen – zum Beispiel mit Aluminium zu sogenannten Stacks – müssen die Platten gebohrt, gerieben und gefast werden. Dazu sind drei Arbeitsgänge mit bis zu drei verschiedenen Werkzeugen erforderlich. Die Entwickler von LMT Belin haben nun ein Werkzeug entwickelt, welches diese drei Arbeitsgänge in einem ausführt. Dieser One-Shot-Drill zeichnet sich durch prozesssichere Multifunktionalität aus und vermeidet Ausbrüche, Gratbildung und Delamination. Verantwortlich für eine besonders hohe Standzeit sind seine PKD-Schneiden (Bild 5).

Vergleicht man die Bearbeitungszeiten von drei nacheinander ausgeführten Arbeitsgängen mit drei unterschiedlichen Werkzeugen einerseits mit dem One-Shot-Prozess andererseits, tritt eine gravierende Einsparung von 58 % zutage (Bild 6). Dieses Beispiel zeigt die Herstellung von 1000 toleranzhaltigen Bohrungen in CFK und berücksichtigt auch die Werkzeugwechselzeiten. MM

* Prof. Dr.-Ing. Diethard Thomas ist Leiter der LMT Group Academy bei der LMT Shared Services GmbH & Co. KG in 21493 Schwarzenbek

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