CFRP machining optimised

航空宇宙産業はプロセスの変更に多大な労力を必要とするため、すでに監査済みの機能プロセスの変更に二の足を踏んでしまいがちです。しかし、コスト圧力が高まるにつれ、業界は可能な限り効率的な生産を行う必要に迫られてきています。航空機メーカーはこれまで、クランプ技術を高性能化への障壁として認識してきました。大型の炭素繊維部品は通常、真空クランプ技術で固定されます。吸盤の保持力には限界があるため、振動の上昇を防ぐためには比較的値の低い切断速度が必要となります。その結果、品質が損なわれ、形状や位置の公差に狂いが生じる可能性があるのです。

新しいクランピング技術によって、メーカーは切削値を上げることができるようになりました。しかし、これに伴って新たな問題が発生しました。加工条件が変わると、それまで完璧に機能していたフライスカッターにかかる負荷が増大するため、破損のリスクが高まってしまうのです。MAPALの超硬ソリッドフライス工具のプロダクトマネージャーであるティム・ローマー氏は「超大手メーカーでさえ、工具を限界まで使用した後に工具破損の影響を受けていました。」と説明しています。MAPALは市場の要求に応えるべく、行動を起こし、OptiMill-Composite-Speed-Plusを開発しました。

Bei den Anforderungen an das Nutprofil zeigen sich ebenfalls Unterschiede zur Bearbeitung von Metall, wo Vorschub, Zustelltiefe und Schnittbreite die Spandicke beeinflussen. Da der Spanwinkel bei CFK aufgrund eines niedrigen Zahnvorschubs nur gering im Eingriff ist, hat MAPAL den Schneidkeil auf maximale Stabilität ausgelegt. 

Zur Verringerung von Hebelkräften und damit für eine erhöhte Bruchresistenz weist der neue OptiMill-Composite-Speed-Plus zudem eine optimierte Hüllkontur auf. In der Praxis kommt man damit gut zurecht, wie Rohmer erläutert: „Typische Bauteile für die Luftfahrt bestehen aus Stacks, also Verbundplatten, bei denen üblicherweise fünf bis 15 mm zerspant werden. Da reichen kürzere Werkzeuge vollkommen aus.“ Waren die Vorgängerwerkzeuge noch länger als in der DIN6527 festgelegt, so entspricht die neue Werkzeugreihe weitestgehend der Norm. MAPAL bietet die Werkzeuge in den Durchmessern von 4 bis 20 mm an. 
 

Für hohe Standwege bei der Bearbeitung der abrasiven Kohlefasern sorgt der OptiMill-Composite-Speed-Plus zudem mit einer innovativen Diamantbeschichtung. Außergewöhnlich ist dabei die gleichmäßige Schichtdickenverteilung und die hohe Wiederholbarkeit, mit der MAPAL den Diamant im CVD-Verfahren aufbringt. Herkömmliche Beschichtungstechnologien erzeugen häufig unregelmäßige Schichten, die an der Spitze dicker sind als hinten an der Schneide. Dieser Verlauf sorgt für unterschiedliche Kantenverrundungen und damit schwankenden Schnittdruck und Verschleiß.

Die über die Schneidenlänge homogene Schichtdicke trägt zur Prozesssicherheit bei. Das ermöglicht eine gleichbleibende Performance unabhängig davon, welche Stelle der Schneide im Eingriff ist. Damit sind die Werkzeuge auch höhenunabhängig zur Umfangbearbeitung eines Stacks einsetzbar: Anwender nutzen den Fräser teilweise bis zum Verschleißende, setzt ihn dann nach und arbeitet mit einem frischen Teil der Schneide weiter. Der Eckfräser eignet sich für ein breites Anwendungsfeld. Neben der Umfangsbearbeitung werden mit ihm auch Nuten, Kanten und Taschen erzeugt.
 

Zu den Besonderheiten der CFK-Zerspanung gehört, dass die heute verfügbaren Werkzeuge unterschiedliche Bearbeitungsqualitäten an den Werkstücken erzeugen. Der Anwender muss nach vorhandenem Werkstoffverbund entscheiden, welche Qualitätsanforderungen an das Bauteil gestellt sind und demnach die ideale Werkzeugwahl treffen. Oftmals sind es Verbindungsstellen, für die besonders saubere Kanten verlangt werden. MAPAL bietet seine Fräser in zwei verschiedenen Varianten an. Das rechtsspiralisierte Modell erzeugt eine ziehende Wirkung und dadurch axiale Zugkräfte, während die linksspiralisierte Variante schiebend wirkt und somit Druckkräfte in axialer Richtung bildet. Die Fibrecatcher arbeiten der durch die jeweilige Spiralisierung entstehenden Kräftewirkung entgegen.

Das Vorgängermodell verfügte noch über eine dritte, neutrale Variante. Mit der Weiterentwicklung entfällt diese, da die neuen Werkzeuge die Axialkräfte um bis zu 40 Prozent reduzieren. Damit übernehmen die beiden Ausführungen des Neuprodukts auch alle Aufgaben, für die bisher die neutrale Version zum Einsatz kam. In punkto Standzeit, Laufruhe, Produktivität und Schnittqualität sind die neuen Werkzeuge um bis zu 30 Prozent besser als ihre Vorgänger. 

Während sich die Luftfahrt-Branche noch von der Corona-Delle erholt, wächst der Einsatz von CFK in anderen Bereichen rasch an. Neben dem Automobilbau und Rennsport rückt hier der Consumer-Bereich in den Fokus. Hersteller von Sportgeräten wie Fahrrädern, Skiern, Snowboards oder Angeln bedienen sich immer häufiger des modernen Materials.

Mit seinen scharfen Schneiden bietet sich der OptiMill-Composite-Speed-Plus darüber hinaus auch für die Zerspanung von Thermoplasten und Duroplasten an. Da diese Kunststoffe nicht abrasiv sind, wird hier auf eine Beschichtung verzichtet und mit scharfen Schneidkanten gearbeitet. Die unbeschichteten Fräswerkzeuge lösen die bisherigen Routerwerkzeuge ab, denen sie vor allem in der Schnittqualität weit überlegen sind. Auch für die Bearbeitung von Glasfaserwerkstoffen empfiehlt MAPAL die unbeschichteten Werkzeuge.