Das Bohren ist ein zentrales Fertigungsverfahren bei der industriellen Bearbeitung von CFK. Nach eigenen Angaben führt AIRBUS jährlich rund 150 Millionen Bohrungen in CFK im Rahmen der Flugzeugproduktion durch. Das IPMT untersucht die Bohrbearbeitung mit den in der Luftfahrt üblichen Verfahren: von handgeführten Maschinen und semi-automatischen Bohrvorschubeinheiten über Roboter bis hin zu Werkzeugmaschinen. Unser Fokus liegt auf der Entwicklung, Optimierung und Untersuchungen von Bohrergeometrien, Diamantbeschichtungen und Kühllösungen für das Bohren von CFK sowie CFK-Metall-Stacks. Ein zentrales Ziel ist dabei die Sicherstellung der erforderlichen Bauteilqualität und die Vermeidung von Nacharbeit. In diesem Zusammenhang analysieren wir den Einfluss der Bohrergeometrie, der Diamantbeschichtung und des Werkzeugverschleißes auf Qualitätsmerkmale wie Peel-up- und Push-out-Delamination sowie Faserüberstände.

Gekurvtes Trennschleifen oder Sägen (curved circular cutting) CCC

Das IPMT hat ein Verfahren zum gekurvten Trennschleifen bzw. Sägen entwickelt und patentieren lassen (WO002014131823A1). Konventionelle Verfahren zur Umrissbearbeitung wie Fräsen, Trennschleifen, Sägen oder Laserstrahlschneiden weisen große prozessspezifische Nachteile auf. Beim Fräsen ist die Produktivität durch eine geringe Vorschubgeschwindigkeit sowie durch Delaminationen, die durch Verschleiß bedingt auftreten, begrenzt. Beim Trennschleifen und Sägen sind nur gerade Schnitte bei ebenen Bauteilen möglich. Das Laserstrahlschneiden eignet sich nur für dünnwandige Bauteile und verursacht eine große thermische Schädigung. Das CCC-Verfahren ermöglicht durch die kontinuierliche Anstellung der Werkzeugachse beim Trennschleifen bzw. Sägen das Fahren gekurvter 3D-Schnittkanten. Durch den Einsatz galvanisch beschichteter Diamantschleifscheiben können die Werkzeugkosten reduziert und thermische Schäden minimiert werden. Dadurch sind höhere Vorschubgeschwindigkeiten und somit eine hohe Produktivität möglich. Kritische Delaminationen sind bei der Bearbeitung mit dem CCC bisher nicht aufgetreten.

Anritzen der Decklage beim Fräsen von CFK

Beim Umfangsfräsen von CFK treten Delaminationen der Decklage mit zunehmendem Verschleiß des Werkzeugs auf. Um dies zu unterbinden, hat das IPMT einen Ansatz entwickelt: In einem vorgelagerten Prozess wird die Decklage, die die Delamination auslöst, in einer Tiefe von wenigen Mikrometern entfernt. Durch das „Anritzen“ der Decklage wird die Delamination selbst bei stark verschlissenen Fräsern unterbunden, da die unteren Schichten weiterhin durch die oberen Lagen gestützt sind. Am IPMT wurden mehrere Methoden für das Anritzen, beispielsweise Laserschneiden oder Einstichschleifen, umgesetzt.