Leichtbau ist mit Luftfahrt und Motorsport nahezu untrennbar verbunden. Diese Industrien sind Innovationsschmieden und widmen sich stets den neusten Trends in der Materialforschung.
Materialien wie faserverstärkte Kunst- und Verbundwerkstoffe wirtschaftlich und prozesssicher zu zerspanen, ist meist nur mit diamantbeschichteten VHM-Werkzeugen möglich. Die CemeCon AG aus Würselen hat die passenden Beschichtungslösungen.
Die Richtung ist klar vorgegeben: Alle Wege zu verbrauchsärmeren Fortbewegungsmitteln führen über das Reduzieren der zu bewegenden Massen. Und gerade dort, wo niedriges Gewicht, geringes Bauteilvolumen und hohe mechanische Leistungsfähigkeit gefordert sind, trumpfen Leichtbauwerkstoffe wie kohlefaserverstärkte Kunststoffe (CFK), Aluminium, Titanlegierungen und viele mehr auf. Da dabei nicht mehr nur ein einziges Material der Heilsbringer sein kann, kommen immer häufiger auch Kombinationen aus den einschlägigen Werkstoffen auf den Markt. Mit ihnen nutzt der Konstrukteur die Stärken eines Werkstoffes und eliminiert zugleich eventuelle Schwächen.
So glänzen aktuelle Supersportwagen mit Chassis, Cockpitwannen oder Längsträgern aus CFK, über die das Gewicht im Vergleich zu Aluminium um 30 Prozent, verglichen mit Stahl sogar um 50 Prozent reduziert werden kann.
Härteste Beschichtungen gegen Verschleiß
Bei seiner Bearbeitung zeigt sich CFK jedoch nicht gerade von der leichten Seite: Die miteinander verbundenen Materialien sind stark abrasiv und weisen als Matrix bzw. Fasern unterschiedlichste Eigenschaften auf. Manfred Weigand, Produktmanager Round Tools bei CemeCon: „Die harten Kohlenstofffasern, die man für eine hohe Zugfestigkeit braucht, verursachen bei der spanenden Bearbeitung einen extrem hohen Abrasionsverschleiß – da helfen nur Schneidstoffe bzw. Beschichtungen höchster Härte und Glätte.“
Die Fasern sind dabei so zu durchtrennen, dass sie sich nicht von der weitaus weicheren und thermisch sehr empfindlichen Harzmatrix ablösen, da jede delaminierte Faser die Struktur eines CFK-Bauteiles schwächt. Daher ist größte Sorgfalt bei der Bearbeitung oberstes Gebot. Das schließt die Auswahl geeigneter Werkzeuge ein.
„Es ist wichtig zu wissen, dass die Faser in der Zerspanung nicht geschnitten, sondern gebrochen wird. Bei einem unsauberen Schnitt entstehenden Faserüberstände. Diese drücken sich beim Einführen von Nieten mit in die Bohrung, was im Laufe der Zeit zum Lockern der Nieten führen kann“, erläutert Manfred Weigand. Folglich sind die Qualitätsanforderungen der Luftfahrtunternehmen gerade hier sehr hoch. Bohrungsdurchmesser müssen von der ersten bis zur letzten Bohrung in der geforderten Toleranz und Qualität bleiben.
Für solche Aufgaben kommen nur VHM-Bohrer in allerhöchster Qualität infrage, deren Hartmetalle und Geometrien genau den Anforderungen angepasst sind. Nicht weniger wichtig ist dabei die richtige Beschichtung. Aktuelle CemeCon-Diamant-Multilayer der CCDia®-Reihe bieten Beschichtungslösungen, mit denen sich diese höchst kritischen Auflagen erfüllen lassen: Die Multilayer verbinden die Vorteile kristalliner Schichten, nämlich die exzellente Haftung, mit denen nanokristalliner Schichtkonstruktionen, nämlich sehr glatten Oberflächen. Das resultiert in sauberen Schnitten auch in abrasivem CFK, verlängert die Standzeiten der beschichteten Werkzeuge und reduziert somit kostentreibende Wechsel.
Damit sind die Diamant-Multilayer der CemeCon CCDia®-Reihe prädestiniert zur Bearbeitung von CFK und anderen Verbund- und Sandwichwerkstoffen, die zum Kleben oder zu Aufschmierungen neigen. Bei der Werkzeugkonstruktion bieten die Multilayer jegliche geometrische Gestaltungsfreiheit. Im Einsatz schützt diese Art des Schichtaufbaus das Hartmetall-Werkzeug besser vor Wärmeeindringung als Monolayer-Diamant-Schichtwerkstoffe. Optimale Schichtspannungsverhältnisse zählen neben der extremen Härte zu den weiteren Vorteilen, die den mit Multilayer-Diamant beschichteten Werkzeugen eine hohe Lebensdauer sichern.
Leichter abheben – Kosten senken
Zahlreiche Serien- und Sonderwerkzeuge verschiedener Hersteller zeigen, wie erfolgreich sich die CemeCon-Diamantbeschichtungen am Markt etabliert haben und welche Möglichkeiten sich bei der Verbundstoffzerspanung ergeben. Beispielsweise beim Fräsen von kohlefaserverstärktem Kunststoff sind gegenüber einer AlTiN-Beschichtung bis zu 8-fache Standzeiten möglich. Manfred Weigand: „Die Ergebnisse beim Fräsen eines mehrlagigen CFK-Ti-Al-Verbundwerkstoffs zeigten gegenüber einem unbeschichteten Werkzeug sogar noch beeindruckendere Werte: über 900% konnte in diesem Fall die Standzeit dank unserer CCDia®FiberSpeed-Diamantbeschichtung verlängert werden.“
Genau wie die Werkzeuge werden auch stark beanspruchte Diamantbeschichtungen für die industrielle Produktion kunden- und anwendungsspezifisch konstruiert. Schließlich hat jeder Werkzeughersteller eigene, spezielle Anforderungen bezüglich der verschiedenen Leistungsparameter seiner Werkzeuge. Und die verlangten Standzeiten oder Vorschübe sind nur durch hochwertige und perfekt angepasste Diamantbeschichtungen zu erreichen. Selbst die von der Flugzeugbranche geforderten hohen Präzisionen in den Bohrungstoleranzen H7 oder H8 lassen sich mit Präzisions-Diamantschichten realisieren.
Individuelle Schichten für nahezu jede Anforderung
Ein optimal konstruiertes Werkzeug hängt von vielen Faktoren ab, die Beschichtung ist einer davon. CemeCon ist Pionier auf diesem Terrain und hat sowohl die passende Anlagentechnologie als auch ein umfangreiches Servicekonzept entwickelt, das dem Hersteller die besten Grundlagen für noch leistungsfähigere Werkzeuge gibt. Weltweit kann der nun über die Beschichtungszentren in Würselen, den USA oder in China seine Werkzeuge beschichten lassen. Oder er integriert eine eigene Turnkey-Beschichtungslinie in seinen Workflow – und bleibt so oder so stets am Puls der Hightech-Zerspanung.
Bild: Diamantbeschichtete Zerspanwerkzeuge – wie hier ein Stufenbohrsenker der Klenk GmbH & Co. KG – haben bei der Bearbeitung von abrasiven Werkstoffen wie Graphit oder CFK klare Vorteile. Unter anderem verhindern sie die Delamination von CFK während der Zerspanung.
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