Bearbeitung von faserverstärkten Kunststoffen (CFK & GFK) mit CVD-diamantbeschichteten Werkzeugen
1. Hauptbearbeitungsfehler von Verbundwerkstoffen
Kohlenstofffaserverstärkte Polymere (CFK) und glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) sind wichtige Leichtbauwerkstoffe für die Luft- und Raumfahrt, die Windkraft- und die Automobilindustrie. Die zweiphasige Faser-Harz-Struktur stellt hohe Anforderungen an die Bearbeitung:
- Scharfe, harte Glas-/Kohlenstofffasern runden die Hartmetallschneidekanten schnell ab, was zu Delamination, Faserausfransung, Gratbildung und Lagenspaltung führt;
- Die Harzmatrix schmilzt oberhalb von 200°C, thermische Schäden verringern die Ermüdungsfestigkeit der Verbundbauteile;
- Bohren und Kantenschneiden können leicht zu Abplatzungen am Eintritt und Delaminationen am Austritt führen, was unter den strengen Inspektionsstandards der Luft- und Raumfahrt zu einer hohen Ausschussrate führt.
2. Kernlösungen von Diamond Coating
- Hervorragende Abriebfestigkeit erhält scharfe Schneidkanten: Widersteht kontinuierlichem Schleifen durch Glas-/Kohlenstofffasern, Werkzeugstandzeit 12- bis 30-mal länger als bei Hartmetall, reduziert Delamination und Faserauszug drastisch;
- Hohe Wärmeleitfähigkeit sorgt für niedrige Schnitttemperatur: Verhindert Harzverkohlung und strukturelle Schäden zwischen den Schichten;
- Reibungsarmes, sauberes Schneiden durchtrennt Fasern sauber ohne Ziehen, glättet Schnittflächen und Löcher und macht nachträgliche Polierschritte überflüssig;
- Eine gleichmäßige Diamantbeschichtung bedeckt komplexe kombinierte Bohr- und Fräswerkzeuge, die sich zum Fräsen, Bohren, Kantenbeschneiden und Nutenfräsen eignen.
3. Materialbasierte Werkzeugauswahl
- CFRP-Kohlenstofffaserverbundwerkstoff: Nanokristall-diamantbeschichtete Schneidwerkzeuge mit dünnen, scharfen Kanten zur Minimierung des Faserrisses;
- GFRP-Glasfaserplatten: Dicke Mikron-Diamantbeschichtung für stärkere Abriebfestigkeit gegenüber Glasfasern;
- Verbundbohrung: Doppelspitzige, winkelgeometriebeschichtete Stufenbohrer zur Unterdrückung von Delaminationen beim Ein- und Austritt.
4. Empfohlene Schnittparameter
Schnittgeschwindigkeit Vc: 300–700 m/min; Vorschub pro Zahn fz: 0,05–0,2 mm/z; Trockenbearbeitung oder Minimalmengenschmierung (MMS). Eine starre Spannvorrichtung ist erforderlich, um vibrationsbedingte Delaminationen zu vermeiden.
5. Hauptanwendungsbranchen
Flugzeugrümpfe, Windkraftanlagenflügel, Kohlefasergehäuse für Elektrofahrzeuge, Marineverbundbauteile, UAV-Gehäuse.
6. Sicherheitsbeschränkungen
Eisenmetalle dürfen niemals bearbeitet werden. Der bei der Bearbeitung von Verbundwerkstoffen entstehende Staub ist reizend; daher müssen während des gesamten Vorgangs Staubabsaugung und Schutzausrüstung verwendet werden.
