Am 22. Oktober 2013 fand die 3. IfW-Tagung zum Thema Bearbeitung von Verbundwerkstoffen – Spanende Bearbeitung von CFK des Instituts für Werkzeugmaschinen (IfW) der Universität Stuttgart in Zusammenarbeit mit der Abteilung Leichtbautechnologien des Stuttgarter Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart statt. Mit 130 Teilnehmerinnen und Teilnehmern stieß die Veranstaltung erneut auf großes Interesse bei Werkzeug- und Maschinenherstellern, Endanwendern und Forschungseinrichtungen.
Um die vielversprechenden Potenziale des Leichtbaus auch in der Großserie wirtschaftlich umsetzen zu können, ist es erforderlich, die Prozesskosten bei der Bearbeitung von Leichtbauwerkstoffen erheblich zu reduzieren. Hierzu müssen Verbesserungen und Anpassungen der Bearbeitungstechnologien und -prozesse vorgenommen werden, da sich die Bearbeitung von Leichtbauwerkstoffen erheblich von der der konventionellen Metallbearbeitung unterscheidet. Die IfW-Tagung widmete sich in diesem Zusammenhang aktuellen Trends und Herausforderungen bei der spanenden Bearbeitung von CFK. Neben des eigentlichen Bearbeitungsprozesses und den hierzu eingesetzten Werkzeugen standen zudem die Werkzeugmaschinenanforderungen, Spannmittel und Kühlschmierstoffe im Fokus.
Eröffnet wurde die Tagung mit einem Einführungsvortrag von Dr. Thomas Stehle, Oberingenieur am IfW, Stuttgart. Er gab einen Überblick über die besonderen Herausforderungen der spanenden Bearbeitung von Verbundwerkstoffen und stellte in diesem Zusammenhang die Kernkompetenzen des IfW und des Fraunhofer-IPA auf diesem Gebiet vor. Hervorzuheben sind die Zerspanungssimulation von Leichtauwerkstoffen, Absaugstrategien für Verbundwerkstoffe und der Einsatz von Kühlschmierstoffen. Weitere Schwerpunkte bilden der Einsatz von Robotern, das Vorgehen bei zukünftigen Werkzeugentwicklungen sowie die eigentlichen Zerspanungsverfahren Bohren, Fräsen, Sägen und Schleifen.
Anschließend stellte Alexander Sazepin, Euro Advanced Carbon Fiber Composites GmbH, den gegenwärtigen Beschnittprozess in seinem Unternehmen sowie die Gründe für die Auswahl des 5-Achs-Beschnitt-Fräsens vor. Weiterhin ging er auf die Vorgehensweise vorangegangener Produktionstests ein.
Daniel Schär, Blaser Swisslube AG, und Alistair Forbes, Fraunhofer-IPA, Stuttgart, referierten zum Thema Anwendung von KSS bei der CFK-Bearbeitung. Neben den allgemeinen Grundlagen und Vorteilen des Einsatzes von Kühlschmierstoffen wurden zusätzlich Untersuchungsergebnisse hinsichtlich des Verschleißes und erzielbarer Kantenqualität vorgestellt. Als Ergebnis konnte eine Reduzierung der Delaminationsausbildung präsentiert werden. Für die Verschleißuntersuchung sind weitere Versuche nötig.
Den Einfluss der Werkstückeinspannung auf die Bearbeitungsqualität beim Bohren von CFK-Bauteilen beleuchtete Rocco Eisseler, IfW. Als signifikante Parameter wurden die statische und dynamische Bauteilbelastung sowie die Auskraglänge des Werkstücks identifiziert. Weiterhin ging Eisseler auf die numerische Optimierung der Aufspannsituation ein, dessen Einsatz zu Verbesserungen hinsichtlich der Bearbeitungsqualität führte. Dr. Magnus Enßle, Eurocopter Deutschland GmbH, informierte in diesem Zusammenhang über den industriellen Einsatz von Spannvorrichtungen in Bezug auf das Zusammenspiel zwischen Fertigungsmittel und Zerspanungsstrategien in der Luftfahrt. Neben den grundsätzlichen Aufgaben von Spannvorrichtungen wurden deren besondere Anforderungen für die Branche sowie für die Werkzeugqualifikation für die CFK-Bearbeitung betrachtet. Komplexe und große Integralbauteile stellen hierbei neue Herausforderungen an das Fertigungsmittel.
Nach der Mittagspause, die den Teilnehmern die Möglichkeit zur Besichtigung des Versuchsfeldes des IfW und des IPA sowie eine Präsentation der Forschungsergebnisse bot, folgten drei Vorträge zum Thema Werkzeugtechnologie. Den Anfang machte Manfred Weigand von der CemeCon AG, der ausführlich das Thema diamantbeschichtete Werkzeuge vorstellte. Themenschwerpunkte waren die Herstellung und die Struktur von Diamantbeschichtungen sowie die Vorteile von Multilayer-Beschichtungen. Zum Thema plasmageschärfte CVD-Diamantwerkzeuge referierte Dr. Peter Gluche, GFD Gesellschaft für Diamantprodukte mbH. Der Fokus seines Vortrags lag auf dem Prinzip des Plasmaschärfens sowie die hiermit erzielbaren Vorteile hinsichtlich der Prozesskräfte und Bearbeitungsqualität. Die Möglichkeit der gezielten Einstellung des Schärfegrades erlaubt dabei die Anpassung an den jeweiligen Werkstoff und die Bearbeitungsparameter. Das Thema Einsparpotenziale bei der CFK-Bearbeitung erläuterte Prof. Dr. Diethard Thomas, LMT Tools. Neben den Halbzeugen wurden insbesondere für die Prozesskosten große Einsparpotenziale aufgezeigt, die durch verbesserte Bearbeitungsstrategien und angepasste Werkzeuge realisiert werden können.
Vertreter der Werkzeugmaschinenhersteller MAG IAS GmbH und DMG Mori Seiki AG/Sauer GmbH bildeten den Abschluss der Tagung; sie gingen auf die besonderen Anforderungen an die Bearbeitungsmaschine hinsichtlich der Zerspanung von CFK ein. Den ersten Vortrag zu diesem Thema präsentierte Michael Fink, MAG IAS GmbH. Er stellte neben der Gefährdung von Mensch und Maschine bezüglich der Emissionen die Anpassung der Bearbeitungstechnologie an den Werkstoff CFK sowie den Fertigungsmittelbau vor. Im zweiten Vortrag befasste sich Florian Feucht, Sauer GmbH, mit dem Thema Hocheffiziente Bearbeitung von Composites mit doppelten Vorschüben und reduzierten Prozesskräften durch Ultrasonic. Schwerpunkte bildeten das Verfahren der ultraschallunterstützten spanenden Bearbeitung sowie dessen Möglichkeiten zum Besäumen und Bohren. Weiterhin ging Feucht auf die Repair & Rework-Methode ein, die eine Möglichkeit zur Reparatur von beschädigten CFK-Bauteilen bietet.
Fazit
Die Veranstaltung war ein voller Erfolg für alle Beteiligten. Das Tagungsthema bot Forschern, Werkzeugherstellern, Anwendern und CFK-Interessierten gleichermaßen die Gelegenheit, sich über das Thema CFK und dessen Bearbeitung zu informieren. Zusätzlich stellten Unternehmen ihre Produkte und Dienstleistungen auf der erstmals tagungsbegleitend stattfindenden Fachausstellung vor. Mitarbeiter der CemeCon AG, der Hufschmied Zerspanungssysteme GmbH, der Paul Horn GmbH und der Sauer GmbH aus dem Hause DMG Mori Seiki beantworteten die Fragen der Teilnehmer und ermöglichten somit eine vertiefende Diskussion der in den Vorträgen benannten Herausforderungen.
Die große Resonanz auf die Veranstaltung verdeutlicht das anhaltende beziehungsweise steigende Interesse an diesem Thema, weshalb das IfW und das Fraunhofer-IPA auch im kommenden Herbst am 21. Oktober 2014 die Tagungsreihe Bearbeitung von Verbundwerkstoffen fortführen werden.Tim Mayer
Fraunhofer-Institut IPA
Abteilung Leichtbautechnologien
Holzgartenstraße 17, D-70174 Stuttgart
- www.ipa.fraunhofer.de
Text zum Titel: Vertreter der ausstellenden Firmen beantworteten die Fragen der Teilnehmer und ermöglichten so eine vertiefende Diskussion
