Schwerpunkt
Leichtbau
Leicht, aber tückisch
25.08.2009
Fräsen: Ohne geeignete Werkzeugkonzepte lassen sich moderne Leichtbau-
materialien wie Titan, Composites oder auch Sibodur nicht wirtschaftlich fräsen. fertigung hat beim Werkzeugehersteller Mapal nachgefragt,
welche Pfeile dafür im Köcher stecken.
Die wichtigsten Vertreter aktueller Leichtbauwerkstoffe heißen CFK (kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe) und Titan sowie Verbundwerkstoffe (Composites) aus beiden. Aber auch neue Gusswerkstoffe, wie GGV (Vermikulargraphit-Guss), Sibodur oder ADI (Austempered Ductile Iron-Guss) sind heute dieser Gruppe der Leichtbauwerkstoffe zuzuordnen, wenn man deren Verhältnis von Dichte zu mechanischen Eigenschaften betrachtet.
Die genannten Werkstoffe haben – außer ihrem Leichtbaucharakter – eine weitere Gemeinsamkeit: Sie sind in der Regel nicht ganz einfach zu zerspanen. So gibt es in der metallverarbeitenden Industrie wenig Erfahrung mit diesen neuen Materialien. Folge: Eine weitere Verbreitung kommt nur schwer voran.
Der Aalener Werkzeugehersteller Mapal beschäftigt sich seit einigen Jahren sehr intensiv mit dem Bearbeiten, speziell Fräsen, der Leichtbauwerkstoffe. So stehen für das Bearbeiten von GGV und Sibodur adaptierte Werkzeuglösungen für alle Anwendungen zur Verfügung. Neue Wege musste man dagegen zum Bearbeiten der Werkstoffe CFK und Titan beschreiten. „Dazu wurden ganz speziell im letzten Jahr neue Werkzeuglösungen getestet und eingeführt, die eine prozesssichere und wirtschaftliche Bearbeitung ermöglichen”, erläutert Mapal-Marketingleiter Hermann Steidle die Vorgehensweise.
CFK-Materialien, mit hoher Festigkeit und Steifigkeit bei niedrigem spezifischem Gewicht, sind die Leichtbauwerkstoffe schlechthin. Um Beschädigungen am Bauteil – beispielsweise durch Delaminierung – zu verhindern, werden besondere Anforderungen an die Werkzeuge gestellt.
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Gleichlauffräsen beim Besäumen
Für das Besäumen von CFK sind in der Praxis verschiedene Vollhartmetall-Fräswerkzeuge eingeführt, die im Gleichlauf eingesetzt werden. Um prozesssicher die gewünschten Oberflächen beim Besäumen zu erreichen, setzt der Aalener Hersteller alternativ zu diesen sogenannten Routern PKD-bestückte Schaftfräser aus dem „HP-EndMill”-Programm ein. Die leistungsstarken Werkzeuge sind drei- oder vierschneidig ausgeführt und überzeugen laut Steidle durch geringen Verschleiß. Sie arbeiten optimal im Gegenlauf.
Ebenso anspruchsvoll ist die Zerspanung von Titan als langspanender Werkstoff. Aufgrund der hohen Temperaturbildung an der Schneide sind niedrige Schnittgeschwindigkeiten vorgegeben. Zudem müssen Aufspannung und Bearbeitung absolut stabil sein, da leicht Schwingungen auftreten können.
Zum Fräsen von Titan kommen zwei Werkzeuglösungen zum Einsatz. Für das Schlichtfräsen wird ein Wechselkopf-Fräser mit Torque Transfer-Schnittstelle verwendet, die eine optimale Drehmomentübergabe und hohe Produktionssicherheit durch niedrige Rundlauffehler verspricht. Die Wechsel-Fräsköpfe sind einfach zu montieren; am Halter ist eine sogenannte Modul-Schnittstelle verbaut, durch die Rundlauffehler ausgeglichen werden können.
Zum Schruppen kommt ein ISO-Tangentialfräser zum Einsatz, der für hohe Zeitspanvolumina steht. Für Reibbearbeitungen in Titan, sagt Hermann Steidle, eignen sich besonders die Hochleistungs-Reibahlen aus dem „HPR”-Programm, „die hohe Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe erlauben”. Beispielsweise werden Anschlussteile am Flügel in Titan Ti6Al4V mit einer sechsschneidigen HPR-Reibahle ø 30,176 mm gerieben. Um die geforderten Genauigkeiten zu erreichen, sind zusätzlich Führungsleisten am Werkzeughalter angebracht.
