Die Bearbeitung der für den Leichtbau so vorteilhaften kohlefaserverstärkten Kunststoffe, kurz CFK, gehört zu den größten Herausforderungen in der Zerspanungsindustrie. Unternehmen im Flugzeugbau setzen nochmals anspruchsvollere Varianten des Verbundmaterials ein. Zugleich herrscht dort ein Fokus auf Bauteilqualität, der der Fräswerkzeugen viel abverlangt. Denn die hochfesten Fasern müssen trotz ihrer unterschiedlichen Ausrichtungen innerhalb der Kunststoffmatrix sauber getrennt werden. Ansonsten entstehen Faserüberstände oder Delaminationen, die zumindest ein manuelles Nachbearbeiten erforderlich machen.
Fräsen großer Flugzeugteile bringt spezifische Probleme
Vor allem die Fertigung großer Flugzeugteile, etwa Schalen oder Segmente für den Flugzeugrumpf, stellt Flugzeugbauer und Zulieferer vor eine ganz spezifische Problematik: Die Wandstärken liegen hier oft zwischen wenigen Millimetern und mehreren Zentimetern. An den Übergängen wirken enorme Querkräfte auf das Fräswerkzeug. Im schlimmsten Fall kann es brechen und Bruchstücke können in das Bauteilinnere gelangen. Produktionsunterbrechungen oder sogar der Verlust ganzer Bauteile wären die Folgen. Kupfergewebe als Blitzschutz stellt eine weitere Herausforderung bei der Zerspanung dar. Ziel ist eine nacharbeitsfreie Bauteilkante ohne Kupfer-Überstände.
Diesen Herausforderungen haben sich der bayrische Präzisisonswerkzeughersteller Hufschmied und der Beschichtungsspezialist Cemecon gestellt. Sie gestalteten ein neues Fräswerkzeug, das die Prozesssicherheit beim CFK-Fräsen erhöht. Zugleich gelang es den Unternehmen, die Werkzeugstandzeit im Vergleich zu anwendungsgleichen Werkzeugen um mehr als 50 % zu verlängern.
„Unsere Kunden aus der Luftfahrtindustrie betonen es im Austausch immer wieder: Bei der Bearbeitung von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen hat die Prozesssicherheit oberste Priorität, da selbst kleinste Bauteilabweichungen sehr teuer werden können“, sagt Fabian Lindinger, Leiter Anwendungstechnik bei Hufschmied. Das habe den Ehrgeiz bei Hufschmied geweckt, Anwender in diesem Bereich mit einem verbesserten Werkzeug zu überzeugen. Die Basis für den Hexacut-058-Fräser für Flugzeugbauteile aus CFK war gelegt.
Beschichtung mitentscheidend für Fähigkeiten des Fräsers
Auf dem Weg dorthin wurde im Entwicklungszentrum von Hufschmied in der Nähe von Augsburg zunächst die bestehende Werkzeuggeometrie neu hinterfragt und überarbeitet. Dabei sollte das neue Werkzeug neben der optimalen Prozesssicherheit noch einem weiteren Anspruch gerecht werden: Die Schnittqualität muss über eine möglichst lange Standzeit gewährleistet bleiben.
Essenziell für das gewünschte Gesamtergebnis war auch die Beschichtung, welche auf die von Hufschmied ausgearbeitete Werkzeuggeometrie und das Substrat abgestimmt wurde. Dazu spezifizierten die Beschichtungsexperten von Cemecon einen Diamantschichtwerkstoff für das neue Werkzeug, das bereits in den Tests eine hohe Qualität erreichte. „Es war faszinierend zu beobachten, wie sich nach und nach die optimale Paarung aus Hartmetallsubstrat und Schichtwerkstoff herauskristallisiert hat“, erinnert sich Javier Fuentes. Der Leiter Entwicklung Beschichtungen und Schneidstoffe bei Hufschmied betont: „Im Teamwork konnten wir schließlich ein homogenes Verschleißbild erreichen, mit dem wir über die gesamte Werkzeuglebensdauer eine klare, glatte Fräskante auf konstant hohem Niveau erzielen. Und Schichtabplatzungen oder gar Werkzeugbrüche traten in den Produkttests nicht mehr auf.“
Marco Furrer, Sales Manager bei Cemecon, erläutert: „Für das neue Hufschmied-Werkzeug haben wir den Cemecon Schichtwerkstoff CC-Dia Aerospeed angepasst. So konnten wir trotz hoher Schichtdicke eine außergewöhnliche Haftung auf dem von Hufschmied gewählten Hartmetall erreichen. Das Ergebnis: Der Fräser Hexacut 058 ermöglicht Anwendern eine gleichbleibend hohe Schnittqualität, höchstmögliche Prozesssicherheit, auch bedingt durch deutlich weniger Vibrationen, und eine längere Standzeit.
Strikte Qualitätskontrollen in beiden Unternehmen
Profitiert hat der Projektverlauf von der Zusammenarbeit der Beteiligten, geht die Partnerschaft zwischen Hufschmied und Cemecon schon lange über eine reine Lieferant-Kunde-Beziehung hinaus. Im Schulterschluss erarbeitete man wichtige Details wie Kantenpräparationen, Schneidradien oder Schichtstärke sowie -architektur. „Mit vereinten Kompetenzen konnten wir alle Parameter so lange optimieren, bis wir eine in allen Punkten stimmige Lösung erreicht hatten“, erläutert Michael Woda, Manager Development Diamant bei Cemecon.
Auch in der Serienfertigung des Hexacut 058 arbeiten die Unternehmen weiter zusammen. Die Fräser des neuen Typs werden am Cemecon Hauptsitz in Würselen, im weltweit größten Diamantbeschichtungszentrum, beschichtet und einer Qualitätskontrolle unterzogen. Unabhängig davon werden von Hufschmied relevante Kriterien, wie die homogene Schichtdickenverteilung, noch einmal geprüft – für die Endkunden bedeutet das mehr Prozesssicherheit. „Das neue Diamantwerkzeug und der gemeinsame Weg mit Cemecon zu seiner Industriereife bringen uns beim Erreichen unserer Ziele nachhaltig weiter“, freut sich auch Geschäftsführerin Christel Hufschmied über die Neuentwicklung.