Die veredelten Fräser (Durchmesser 8 mm) kommen bei der Fertigstellung eines Schiebedachelements am 5-Achsen-Bearbeitungszentrum zum Einsatz.

Die veredelten Fräser (Durchmesser 8 mm) kommen bei der Fertigstellung eines Schiebedachelements am 5-Achsen-Bearbeitungszentrum zum Einsatz.

In der Automobilindustrie sind Verbrauch und Kosten treibende Faktoren. Das betrifft insbesondere neben der Karosserie und den Antriebssystemen die vielfältigen Innenausstattungen, die zumeist aus Kunststoff gefertigt werden. Deren Rohmaterial, das Erdöl, steigt im Preis, entsprechend erhöhen sich auch die Preise für die Herstellung von Kunststoffhalbprodukten.

Daher sucht die Kunststoffindustrie nach billigeren, aber leistungssteigernden sowohl organischen als auch anorganischen Füllstoffen. Als ein besonders preisgünstiger und von den mechanischen Eigenschaften am besten geeignetster Füllstoff ist die Glasfaser.

Besonders die sich ständig verbessernden mechanischen GFK-Eigenschaften weckten bereits vor Jahren die Aufmerksamkeit der Automobilbauer und deren Zulieferer. Bei der Bearbeitung

Fraesprozess GFK-Element

Rattermarken verursacht durch das Schwingen des GFK-Elements während des Fräsprozesses.

stellten sich jedoch gänzlich neue Anforderungen an die Werkzeuge. Mit der Entwicklung von geeigneten GFK-Sorten beschäftigten sich auch öffentliche Forschungsinstitute, und es entstanden neue Unternehmen, die sich mit entsprechenden Technologien für die Massenfertigung von verschiedenen Fahrzeugteilen aus GFK beschäftigten. Hierzu zählt Decoma, ein Tochterunternehmen von Magna, das sich im Lauf der Jahre auf die Fertigung von Hochleistungsautomobilbauteile für verschiedenste Pkw- und Lkw-Hersteller spezialisierte. In der Bauteile-Fertigung werden verschiedene PUR-Technologien wie PUR-Waben- oder Honeycomb- Technologie, S-RIM/R-RIM-Technologie sowie PUR-LFI-Technologie eingesetzt.

 

Standzeitverbesserung

Die so gefertigten Instrumententafeln, Dachpaneele, Panorama- und Antennendächer und andere Teile müssen anschließend weiter bearbeitet werden. Um den Verschleiß und den Werkzeugbruch zu senken, wurden speziell für diese Aufgabe vom Technischen F&E-Zentrum für Oberflächenveredelung und Hochleistungswerkzeugbau entwickelte Werkzeuge eingesetzt. Das Resultat war nach eigenen Angaben eine Standzeitverlängerung der Werkzeuge um etwa 50 Prozent. Allerdings gab es an vielen gefrästen Oberflächen unterschiedlich große Rattermarken aufgrund von Schwingungen, die per Vakuum-Fixiersystem deutlich reduziert werden konnten.

Nano-Hartstoffsystem H-SS5000

Mit dem Nano-Hartstoffsystem H-SS5000 veredelte Hochleistungsfräser für die Bearbeitung von GFK.

Ursache für einen Fräserbruch sind häufig falsch gewählte Bearbeitungsparameter wie Drehzahl und Vorschub. Bei der Wahl dieser Parameter müssen die Struktur des GFK-Produkts (Faserhäcksel, Matten), Filament-Durchmesser (5 bis 13 µm), Glasfasermikrohärte (5 bis 6 HM; entspricht 795 bis 1250 HV), Glasfasertyp (E-, S-, M-, ECR-, Q-Glas), Glasfaserkonzentration (3, 5, 10, 20, 30 oder 40 Prozent), und die mechanischen Eigenschaften des ausgehärteten Kunststoffs berücksichtigt werden. Diese Kriterien sind den Forschern zufolge für die Entwicklung einer optimalen Geometrie eines Hartmetallfäsers zu berücksichtigen.

Bei der GFK-Bearbeitung waschen die im Kunststoff eingebetteten Glasfilamente dank ihrer hohen Mikrohärte von 795 bis 1250 HV, ihrem kleinen Durchmesser von nur 5 bis 13 µm und der hohen Anzahl der Filamente in einem Faden 1K, 2K oder mehr die relativ weiche Kobaltmatrix aus dem Hartmetallfräser sehr schnell aus. Um das zuverlässig zu verringern, beschlossen die Forschungsingenieure, die Kobaltmatrix im HM-Fräser in einen Hartstoff mittels dem 3D-Hybride-AU-Quadroimpuls-CVD-Verfahren umzuwandeln.

 

Oberflächenveredelung

Die Spezialisten entwickelten optimierte, veredelte Werkzeuge aus Sonderhartmetall mit einer sowie zwei Schneiden und in unterschiedlichen Varianten wie etwa rechts- und linksdrehend mit

Pkw-Bauteilen mit Glasfasergehalt

Einfluss der Ober-
flächenveredelung auf die Standzeit von
HM-Fräsern bei der
Bearbeitung von Pkw-Bauteilen mit einem Glasfasergehalt von
30 Prozent.

entsprechend optimierten Spannuten.

Das Ergebnis war nach Angaben der Experten die Steigerung der Standzahl der gefrästen Teile – waren es mit einem mittels PVD-TiAlN beschichtetem X-Radiusfräser gerade einmal 60 Stück (Fräsweg = FW 379,8 m), sind es mit einem mittels 3D-AUDIP-CVD-Verfahren mit SS3500 veredelten 8-mm-Fräser nun 175 Stück (FW 1107,75 m). Nach optimierter Oberflächenveredelung der Werkzeuge mit SS4000 stieg die Standzahl auf 460 Dachelemente (FW 2911,8 m).

Letzlich konnte die Anzahl der gefertigten Schiebedächer durch geänderte Merkmale der Schneiden und der Struktur auf 1800 Stück (FW 11394 m) erhöht werden. Veredelt wurden die Fräser mit einem neuen Nano-Hartstoff-H-SS5000, der mit dem 3D-Hybride-AU-Quadroimpuls-CVD-Verfahren abgeschieden wurde.

Kontakt: Decoma Germany GmbH, www.magna.com
Technisches F&E-Zentrum, www.technisches-fe-zentrum.com