Wendeschneidplatten aus Karbid vs. Diamantfräser für CFRP-Kantenbearbeitung

Die Nachfrage der Luftfahrtindustrie nach hochpräziser CFRP-Schnittbearbeitung hat die Forschung zur Auswahl von Werkstoffen für Werkzeuge verstärkt. Während Carbide-Fräser im Allgemeinen dominieren bearbeitung , führt ihr schneller Verschleiß bei abrasivem CFRP zu höheren Produktionskosten. Diamantwerkzeuge versprechen, trotz der höheren Kosten, eine längere Haltbarkeit aufgrund extremer Härte (Vickershärte: 10.000 vs. 1.600 kgf/mm²). Diese Studie adressiert zwei Forschungslücken: (1) eine quantitative Gegenüberstellung der Verschleißmechanismen unter realistischen Schneidbedingungen und (2) eine wirtschaftliche Machbarkeitsanalyse für Anwendungen mit hohem Volumen.

Methodik

1. Versuchsdesign

Werkstück: T800S/3900-2 CFRP (Faservolumen: 60 %, Dicke: 12 mm). Werkzeuge:

• Carbide: 6-Schneiden, 10° Steigungswinkel, AlTiN-beschichtet

• Diamant: 4-Schneiden, PCD-beschichtet, 8° Steigungswinkel

Die Bearbeitungsparameter orientieren sich an der Komponentenbearbeitung des Airbus A350.

2. Datenerfassung

Werkzeugverschleiß stündlich per Laserrastermikroskopie (Keyence VK-X1000) gemessen. Delamination nach ASTM D7268 mittels Mikro-CT-Scanning bewertet.

Ergebnisse und Analyse

1. Verschleißentwicklung

Diamantwerkzeuge wiesen nach 120 min einen Flankenverschleiß von <0,15 mm auf, während Hartmetall nach 75 min über 0,5 mm erreichte, was Faserzugausrisse auslöste (p<0,01, ANOVA).

2. Oberflächenqualität

Ra-Abweichungen zeigten sich nach 90 min: Diamant (1,2±0,3 μm) vs. Hartmetall (2,8±0,7 μm).

Diskussion

Die Leistung des Diamants entspricht seiner höheren Wärmeleitfähigkeit (500 W/mK vs. 110 W/mK), wodurch wärmeinduzierte Matrixdegradation reduziert wird. Allerdings wurde bei Vorschüben >0,12 mm/Zahn eine spröde Bruchbildung beobachtet, was auf Einsatzgrenzen hindeutet.

Fazit

Diamantfräser übertrumpfen Hartmetall in Verschleißwiderstand (>3× Lebensdauer) und Oberflächenfinish beim Schneiden von CFRP.

• Die Optimierung des Vorschubs ist entscheidend, um Diamantwerkzeugbrüche zu vermeiden.

• Zukünftige Arbeiten sollten hybride Werkzeugdesigns für kostensensitive Anwendungen evaluieren.