Beim Fräsen von kohlefaserverstärkten Kunststoffen fordert vor allem die Luftfahrtindustrie maximale Qualität der bearbeiteten Oberflächen und höchste Prozesssicherheit. Die Firmen Hufschmied Zerspanungssysteme GmbH und CemeCon setzen jetzt in enger Zusammenarbeit neue Maßstäbe für diese wichtige Zukunftsbranche. Ein gemeinschaftlich entwickeltes Premiumwerkzeug vereint Geometrie, Substrat und Diamantbeschichtung zu einer optimalen Lösung.
Die Bearbeitung der insbesondere für den Leichtbau so überaus vorteilhaften kohlefaserverstärkten Kunststoffe, kurz CFK, gehört zu den größten Herausforderungen in der Zerspanungsindustrie. Im Flugzeugbau werden nochmals anspruchsvollere Varianten des Verbundmaterials eingesetzt. Zugleich herrscht dort ein absoluter Fokus auf maximale Bauteilqualität, der Kompromisse gänzlich verbietet und höchste Leistung der eingesetzten Fräswerkzeuge fordert. Denn die hochfesten Fasern müssen – trotz ihrer unterschiedlichen Ausrichtungen innerhalb der Matrix – sauber getrennt werden. Ansonsten entstehen Faserüberstände oder Delaminationen, die mindestens ein aufwendiges manuelles Nachbearbeiten erforderlich machen.
Vor allem die Fertigung großer Flugzeugteile, wie etwa Schalen bzw. 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 kostenintensiven Folgen. Der Einsatz von Kupfergewebe als Blitzschutz stellt eine weitere Herausforderung bei der Zerspanung dar. Ziel ist eine nacharbeitsfreie Bauteilkante – ohne Kupfer-Überstände.
Genau diesen Herausforderungen haben sich die Entwicklungspartner Hufschmied und CemeCon gemeinsam gestellt. Der bayrische Werkzeughersteller und der Beschichtungsspezialist gestalteten in Teamarbeit ein neues Fräswerkzeug, das die Prozesssicherheit beim CFK-Fräsen signifikant erhöht und dessen Standzeit zugleich gegenüber anwendungsgleichen Werkzeugen um mehr als 50 Prozent verlängert werden konnte.
Strukturierter Weg zum neuen Premiumwerkzeug
„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. Das hat den Ehrgeiz in uns geweckt, Anwender in diesem Bereich mit einer deutlich verbesserten Lösung zu überzeugen“, sagt Fabian Lindinger, Leiter Anwendungstechnik bei Hufschmied. Die Basis für den richtungsweisenden HEXACUT 058-Fräser speziell für Flugzeugbauteile aus CFK war gelegt.
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.
Perfekte Abstimmung der Werkzeugparameter
Im weiteren Prozess zeigte sich, wie eine starke Partnerschaft im Hinblick auf Innovationstechnologie den Unterschied ausmachen kann: Denn essenziell für ein ideales Gesamtergebnis war natürlich auch die angepasste Beschichtung, die auf die von Hufschmied ausgearbeitete Werkzeuggeometrie und das neuartige Substrat abgestimmt wurde. Dazu spezifizierten die Beschichtungsexperten von CemeCon einen Diamantschichtwerkstoff für das neue Werkzeug, das bereits in den Tests eine absolut herausragende Qualität erreichte. „Es war ausgesprochen 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 produktiven 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 schlicht nicht mehr auf.“
Marco Furrer, Sales Manager bei CemeCon, erläutert: „Für das neue Hufschmied-Werkzeug haben wir den bewährten CemeCon Schichtwerkstoff CCDiaAeroSpeed ganz spezifisch angepasst. So konnten wir trotz hoher Schichtdicke eine außergewöhnliche Haftung auf dem von Hufschmied gewählten Hartmetall erreichen. Das überzeugende Ergebnis: Der neue HEXACUT 058 von Hufschmied ermöglicht Anwendern eine gleichbleibend hohe Schnittqualität, maximale Prozesssicherheit, auch bedingt durch deutlich weniger Vibrationen, und eine signifikant höhere Standzeit.
Starke Partner agieren auf Augenhöhe
Ungemein profitiert hat der gesamte Projektverlauf von der professionellen Zusammenarbeit der Beteiligten, geht die Partnerschaft zwischen Hufschmied und CemeCon doch schon lange weit über eine reine Lieferant-Kunde-Beziehung hinaus. Im engen 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“, erklärt Michael Woda, Manager Development Diamant bei CemeCon.
Auch in der Serienfertigung des HEXACUT 058 arbeiten die Unternehmen weiter zusammen. Die Premiumfräser des neuen Typs werden am CemeCon Hauptsitz in Würselen, im weltweit größten Diamantbeschichtungszentrum, beschichtet und einer umfassenden Qualitätskontrolle unterzogen. Unabhängig davon werden von Hufschmied relevante Kriterien, wie etwa die homogene Schichtdickenverteilung, noch einmal geprüft – für die Endkunden bedeutet das ein zusätzliches Plus an Prozesssicherheit.
„Dieses Projekt leistet – ebenso wie unsere weiteren, teils schon langjährigen Kooperationen mit CemeCon – einen wichtigen Beitrag, Hufschmied weltweit weiterhin als Synonym für erstklassige Zerspanungslösungen zu etablieren“, freut sich Geschäftsführerin Christel Hufschmied über den Entwicklungserfolg. „Das neue Diamantwerkzeug und der gemeinsame Weg mit CemeCon zu seiner Industriereife bringen uns beim Erreichen unserer Ziele nachhaltig weiter.“
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