Welches sind die besten Schneidwerkzeuge für moderne Verbundwerkstoffe?

Welches sind die besten Schneidwerkzeuge für moderne Verbundwerkstoffe?

In verschiedenen modernen Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, der erneuerbaren Energien und der Sportartikelindustrie besteht eine große Abhängigkeit von der Verwendung fortschrittlicher Verbundwerkstoffe wie kohlenstofffaserverstärkten Polymeren (CFK), Glasfaser, Kevlar und Hybridlaminaten. Diese Materialien weisen ein sehr hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis auf, sind korrosionsbeständig und ermöglichen eine hohe Designflexibilität. Ihre Bearbeitung stellt jedoch eine große Herausforderung dar. Ihre sehr harten und abrasiven Fasern, der Schichtaufbau und die Neigung zur Delamination erfordern speziell entwickelte Verbundwerkstoff-Schneidwerkzeuge, die die erforderliche Präzision und Haltbarkeit gewährleisten.

Die Wahl der richtigen Schneidwerkzeuge ist entscheidend – nicht nur für saubere und präzise Schnitte, sondern auch für eine längere Werkzeugstandzeit, weniger Ausschuss und eine höhere Produktionseffizienz. Im Folgenden werden die besten Werkzeugtypen und -technologien vorgestellt, die derzeit für die Bearbeitung moderner Verbundwerkstoffe verfügbar sind.

1. Diamantbeschichtete Schneidwerkzeuge: Der Industriestandard für abrasive Verbundwerkstoffe

Diamantbeschichtungen, insbesondere polykristalline Diamantbeschichtungen (PCD) und mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) hergestellte Diamantbeschichtungen, gelten als Standard für die Präzisionsbearbeitung moderner Verbundwerkstoffe.
Werkzeuge mit Diamantbeschichtung sind aus folgenden Gründen optimal:

• Extreme Härte verhindert Verschleiß durch Kohlenstoff- und Glasfasern.

• Hervorragende Hitzebeständigkeit ermöglicht gleichbleibende Leistung auch bei sehr hohen Spindeldrehzahlen.

• Ultrascharfe Schneidkanten verhindern Delamination und Ausfransen durch laserähnliches Schneiden.

• Lange Standzeit – ein entscheidender Vorteil gegenüber Hartmetallwerkzeugen in anspruchsvollen Anwendungen.

Beste Verwendungsmöglichkeiten:

• Engere Toleranzen als reines Bohren.

• Glattere Oberflächen für verbesserte Bauteilleistung.

• Reduzierte Nachbearbeitungs- und Bearbeitungszeiten.

• Ermöglichen Wiederholgenauigkeit innerhalb von Chargen.

Kundenspezifische Reibahlen bieten den idealen Kompromiss zwischen traditionellen Bearbeitungsverfahren und jahrelanger Erfahrung mit Toleranzen und Präzision – für Kontrolle und Konsistenz in jedem Arbeitsschritt.

2. Werkzeuge aus polykristallinem Diamant (PCD): Hochleistungsschneidwerkzeuge für die Serienfertigung

PKD-Werkzeuge werden durch Sintern von Diamantpartikeln zu einer festen Masse hergestellt, wodurch eine extrem widerstandsfähige Schneide entsteht. Sie zählen zu den Hochleistungsschneidwerkzeugen, insbesondere in Anwendungen, bei denen das Werkstückmaterial herkömmliche Werkzeuge schnell verschleißt.

Vorteile

• Hervorragende Verschleißfestigkeit in abrasiven Umgebungen

• Gleichbleibende Oberflächengüte über lange Produktionszyklen

• Kundenspezifische Werkzeuggeometrien für delaminationsfreies Schneiden

Anwendungsbereiche

PCD-Schneidwerkzeuge eignen sich hervorragend für:

• Strukturbauteile für die Luft- und Raumfahrt

• Bearbeitung von Windkraftanlagenflügeln

• Karosserieteile aus Kohlefaser für die Automobilindustrie

Ihre Steifigkeit und Langlebigkeit machen sie ideal für Roboter-Bearbeitungszellen und automatisierte CNC-Linien, bei denen Werkzeugwechsel minimiert werden müssen.

3. Hartmetallwerkzeuge mit modernen Beschichtungen: Die kostengünstige Option

Diamantwerkzeuge sind zwar Premiumlösungen, doch beschichtete Hartmetallwerkzeuge werden weiterhin häufig für die Bearbeitung kleinerer Stückzahlen oder gemischter Werkstoffe eingesetzt. Moderne Beschichtungen wie TiAlN, TiCN und DLC (diamantähnlicher Kohlenstoff) bieten verbesserte Verschleißfestigkeit und Schnittstabilität.

Vorteile

• Kostengünstiger als PCD- oder CVD-Diamant

• Gute Leistung bei weicheren Verbundwerkstoffen

• Beständig gegen Materialablagerungen und Wärmeentwicklung

Diese Werkzeuge eignen sich besonders für Betriebe, die Verbundwerkstoffe nur gelegentlich bearbeiten und ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Leistung und Kosten anstreben.

4. Fräsen mit Fräskopf für Glasfaser und weiche Verbundwerkstoffe

Fräsen mit Fräskopf für Verbundwerkstoffe bestehen aus mehreren geriffelten Schneidkanten, die Fasern eher schleifen als schneiden. Durch diesen Schleifvorgang bleiben die Fasern am Material haften, was bei bestimmten Werkstoffen zu einer sehr guten Oberflächenqualität führt.

Hervorragende Anwendungsmöglichkeiten

• Glasfaserplatten

• Wabenstrukturen

• Kurzfaserverstärkte Kunststoffe

Fräsköpfe bieten die oben genannten Vorteile, sind aber nicht so langlebig wie Diamantfräsköpfe. Dennoch liefern sie einen sauberen Schnitt und sind mit CNC-Bearbeitungssystemen kompatibel.

5. Kompressionsfräsen für saubere, delaminierungsfreie Kanten

Kompressionsfräsen verfügen über unterschiedliche Nutgeometrien (unten mit Aufwärts-, oben mit Abwärtsschnitt) und komprimieren die Verbundschichten beim Fräsen nach innen.

Vorteile:

• Delamination und Ausfransen werden deutlich reduziert.
• Laminierte Materialien weisen eine höhere Kantenqualität auf.
• Fertige Verbundbauteile lassen sich präzise beschneiden.
  

Dies ist besonders vorteilhaft bei laminierten CFK-Platten, die in der Luft- und Raumfahrt sowie im Motorsport eingesetzt werden.

6. Vollhartmetallbohrer mit optimierter Spitzengeometrie

Das Bohren von Verbundwerkstoffen kann bei Verwendung ungeeigneter Werkzeuge zu Delamination, Splitterbildung und Faserbruch führen. Moderne Vollhartmetallbohrer für

Verbundwerkstoffe bieten zahlreiche Vorteile:

• Optimierte Spitzengeometrie
• Spitzen mit Doppelwinkeln
• Spanbrechungsschneiden

Vorteile: Weniger Ausfransungen an der Austrittsseite

• Präzisere Bohrungsdurchmesser
• Bessere Bohrungsqualität

In Kombination mit automatisierten CNC-Schneidwerkzeugen ermöglichen diese Bohrer die Herstellung von Bohrungen in Luft- und Raumfahrtqualität, die strengsten Toleranzanforderungen genügen.

7. Spanbrecher und gezahnte Schneidwerkzeuge zur Wärmereduzierung

Die Bearbeitung von Verbundwerkstoffen unterscheidet sich von der herkömmlichen Metallbearbeitung, da keine Metallspäne entstehen; die Hauptnebenprodukte sind Fasern und Staub. Gezahnte oder spanbrechende Schneidkanten an Werkzeugen helfen, die Fasern in kleinste Partikel zu zerteilen. Dies führt zu einer geringeren Wärmeentwicklung und verhindert das Zusetzen des Werkzeugs.

Warum diese Werkzeuge wichtig sind:

• Reduzierte thermische Belastung der Schneidkante
• Geringere Werkzeugwechselkosten
• Höhere Schnittleistung

Diese speziellen Werkzeuge eignen sich besonders für die Bearbeitung dicker Verbundwerkstoffschichten oder harzreicher Materialien, die an Standardwerkzeugen haften bleiben.