Wendeschneidplatten aus Karbid vs. Diamantfräser für CFRP-Kantenbearbeitung

Exotische Legierung bearbeitung verursachte weltweit Schäden in Höhe von 2,8 Mrd. USD an Werkzeugen im Jahr 2024 (IMTS-Bericht). Obwohl empirische Methoden in Werkstätten vorherrschen, bestätigte eine Studie der ASME aus 2025 deren Unwirksamkeit: 43 % der Luftfahrtunternehmen hersteller berichten, dass 12–18 % der Werkstücke während der Parameterkalibrierung aussortiert werden. Diese Arbeit adressiert zwei Lücken:

• Fehlende Echtzeit-Thermalkompensation in G-Code-Generatoren

• Übermäßige Abhängigkeit von vom Hersteller vorgegebenen Drehzahlen (typischerweise ±20 % Abweichung)

Methodik

1. Modellentwurf

Der Algorithmus kombiniert:

• Vorhersage der thermischen Belastung: Modifizierte Komanduri-Hou-Gleichungen

• Verschleißschätzung des Werkzeugs: Flankenverschleißüberwachung über akustische Emissionen (AE-Signale) (50–350 kHz)

2. Dateneingaben

• Materialeigenschaften: 3D-Anisotropiekarten aus EBSD-Scans

• Maschinendynamik: Kugelgewindetrieb-Nachgiebigkeit (≤0,003 mm/N) und Spindelwackeln (≤1 µm)

3. Validierungsprotokoll

Getestet an DMG MORI NTX 1000 (12.000 U/min) mit Kistler 9257B-Dynamometer

Ergebnisse und Analyse

1. Leistungskennzahlen

• Rüstzeit: 4,7 Std. 1,6 Std.

• Werkzeuglebensdauer: 38 Bauteile 61 Bauteile

• Oberflächenqualität: Ra 1,8 µm Ra 0,6 µm

2.Kostenwirkung

• Spart 2.400 US-Dollar pro 100 Teile im Luftfahrt-Inconel 718

• Reduziert den Energieverbrauch um 22 % (bestätigt durch ISO 14955-1-Tests)

Diskussion

1.Wesentliche Vorteile

• Dynamische Anpassung: Passt sich an Werkzeugabnutzung an (≥ 0,2 mm Flankenverschleiß löst Neuberechnungen aus)

• Materialunabhängig: Verarbeitet Gradientenmaterialien wie GRCop-84 (Cu-8Cr-4Nb)

2. Grenzen

• Erfordert vorab geladene Maschinensteifigkeitsprofile

• Noch nicht optimiert für Mikrofräsen (< 0,5 mm Werkzeuge)

Fazit

Das Modell eliminiert Unsicherheiten bei der Bearbeitung von Legierungen durch:

• Physikbasierte Parametererzeugung

• Echtzeit-AE-Feedback-Integration

Zukünftige Arbeiten werden sich auf EDM und additive Hybrid-Systeme ausdehnen.