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WB Werkstatt + Betrieb 11/2017

Eignung von Schleifstiften für die CFK-Endbearbeitung

Kantenqualität, Delamination und Ausfransung, Produktivität, Schnittwerte

Eignung von Schleifstiften für die CFK-Endbearbeitung

Das Fraunhofer IPA in Stuttgart hat die Kantenqualität von CFK-Bauteilen bei der Trockenzerspanung mittels diamantbesetzter Schleifstifte experimentell untersucht. Die Analyse offenbart auch bei hohen Vorschubgeschwindigkeiten ein enormes Potenzial der Technologie.

In den letzten Jahren haben sich hochfeste und leichte kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) als gängige Leichtbauwerkstoffe im Bereich Luftfahrt, Automotive und Windenergie etabliert. CFK wird als Leichtbaulösung zudem immer häufiger im Bereich Maschinenbau, Sportgeräte und Bauwesen eingesetzt und steht damit in Konkurrenz mit konventionellen Leichtbauwerkstoffen wie beispielsweise Aluminium [1], [2]. In der automatisierten Produktion werden Faserverbundkunststoffe meistens durch Harzinjektionsverfahren gefertigt, sodass letztlich endkonturnahe Bauteile entstehen. Da diese CFK-Bauteile im Gegensatz zu konventionellen metallischen Bauteilen lediglich nachbearbeitet werden (beispielsweise besäumt oder gebohrt), ist das Zerspanungsvolumen gering.

Herausforderung CFK-Zerspanung

Eine wesentliche Hürde bei der Verbreitung von CFK sind die immer noch hohen Fertigungs- und Bearbeitungskosten sowie das nur bedingt mögliche Recyceln dieses Werkstoffs. Der Senkung der Bearbeitungskosten und der Optimierung der Zerspanung mit definierter Schneide wurden mehrere Forschungsarbeiten gewidmet. Trotz großer Fortschritte stellt die Bearbeitung von CFK mit definierter Schneide immer noch eine große Herausforderung dar, schließlich treten typische Bearbeitungsfehler wie Ausfransung, Delamination oder thermische Schädigung auf [3]. In Deutschland werden CFK-Bauteile zudem meist trocken zerspant, was eine zusätzliche Erschwernis für spanende Prozesse birgt.

Im Vergleich zu Werkzeugen mit definierter Schneide können Schleifstifte beim Besäumen von CFK-Bauteilen eine für Schleifwerkzeuge übliche hohe Bearbeitungsqualität gewährleisten. Besonderes Potenzial bietet die Anwendung von Schleifwerkzeugen bei der Nachbearbeitung oder der Anbringung von Fasen, feinen Aussparungen sowie komplexen Konturen an der CFK-Bauteilkante. Es mangelt jedoch an empirischen Versuchsdaten zur Werkzeuganwendung. Für die vorliegende Arbeit wurde eine experimentelle Versuchsreihe zur trockenen Bearbeitung von CFK mit Schleifstiften durchgeführt, die zu einer Verbesserung der Bearbeitungstechnologie beiträgt. Ein Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der Bearbeitungsqualität von CFK unter Variation praxisrelevanter Vorschub- und Schnittgeschwindigkeitsparameter ausgewählter Schleifstifte.

von Yevgen Babenko

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Unternehmensinformation

Fraunhofer-Inst. für Produktions- technik und Automatisierung IPA Abteilung Leichtbautechnologien

Holzgartenstraße 17
DE 70174 Stuttgart
Tel.: 0711 970-00

Internet:www.ipa.fraunhofer.de


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