Jenseits von Metall: Produktion vorantreiben mit innovativen Nichtmetallwerkstoffen

Globale Hersteller und Technologen suchen ständig nach Produktionsverbesserungen und prüfen den Einsatz unterschiedlichster Materialien, um ihre Produkte marktattraktiver zu machen. Um diese Ziele in einer sich rasant wandelnden Welt zu erreichen, müssen alle Beteiligten flexibler und bereit sein, Veränderungen anzunehmen.

Der Einsatz einer wachsenden Zahl nichtmetallischer Werkstoffe nimmt rapide zu, und viele Anwendungen, die früher als Domäne traditioneller Materialien galten, werden heute aus nichtmetallischen Werkstoffen gefertigt. Der Einsatz von Verbundwerkstoffen und CFK (carbonfaserverstärkte Kunststoffe) ist mittlerweile relativ verbreitet, und der Marktanteil dieser Materialien wächst weiter.

Als eines der führenden Unternehmen in der metallbearbeitenden Industrie stellt ISCAR sicher, dass seine produktive F&E-Abteilung weiterhin innovativ ist und ein Sortiment fortschrittlicher Schneidwerkzeuge entwickelt, die speziell für die effiziente Bearbeitung von CFK und Verbundwerkstoffen ausgelegt sind. Diese progressiven Produkte bieten unseren Kunden hocheffektive Fertigungslösungen für diese anspruchsvollen Materialien.

Verbundwerkstoffe erobern neue Märkte

In den vergangenen drei Jahrzehnten waren Verbundwerkstoffe, Kunststoffe, Keramiken und die Vielzahl der unter CFK zusammengefassten Materialien die dominierenden aufstrebenden Werkstoffe. Verbundwerkstoffe dringen unaufhaltsam in neue Märkte vor, und die Zahl der Anwendungen wächst stetig. Heute machen moderne Verbundwerkstoffe einen erheblichen Anteil des Marktes für Werkstoffe aus und finden Verwendung von Alltagsprodukten bis hin zu anspruchsvollen Nischenbereichen.

Industrielle Vorreiter wie die Automobil-, Luftfahrt- und Energiebranche führen den Weg. Beispielsweise nutzen moderne kommerzielle Turbinen typischerweise Dreiflügel-Designs. Diese Rotorblätter werden aus glasfaserverstärktem Polyester mit Epoxidharzbindung gefertigt. Neue Materialien wie Carbonfasern werden kontinuierlich eingeführt, um das für diese großen Rotorblätter nötige hohe Festigkeits-Gewichts-Verhältnis zu liefern. Mittlerweile kann die Länge eines typischen Turbinenblatts für 5-MW-Anlagen 60 Meter erreichen.

Verbundwerkstoffe werden zunehmend in allen Bereichen des täglichen Lebens eingesetzt – Sportgeräte, Autos, Motorräder, Konsumgüter und Gesundheitsprodukte. Ein Beispiel aus dem medizinischen Bereich: die neue Methode zur Rekonstruktion großer oder komplex geformter Schädelknochendefekte. Hier werden vorgefertigte, computergenerierte, individuelle CFK-Medizininimplantate eingesetzt.

Es ist für Hersteller und Technologen in fast allen Branchen von entscheidender Bedeutung, auf die neuen Marktanforderungen vorbereitet zu sein und flexibel genug, neue Anwendungen für CFK und Verbundwerkstoffe zu finden.

Als einer der führenden Hersteller von Schneidwerkzeugen für die metallbearbeitende Industrie bietet ISCAR ein breites Sortiment hochleistungsfähiger, präzisionsgefertigter polykristalliner Diamant (PKD)- und kubisch-bornitrid (CBN)-bestückter Werkzeuge. ISCAR verfügt zudem über eine Vielzahl fortschrittlicher diamantbeschichteter Vollhartmetallwerkzeuge mit verschiedenen Geometrien, um den anspruchsvollsten Anforderungen der heutigen Metall-, Holz-, CFK- und Verbundwerkstoffindustrie gerecht zu werden. Diese Produkte umfassen Wendeschneidplatten, Senker, Kugelfräser und Fräser, Profilfräser und Kombibohrer, Stufenreibahlen und Bohrer mit Senker. Unser hocherfahrenes Engineering-Team nimmt gerne Anfragen für „Sonderwerkzeuge“ zur Bearbeitung jeglicher Materialien entgegen.

PKD-Werkzeuge sind für die effizientere Bearbeitung moderner Materialien wie Nichteisenmetalle, Kunststoffe, Verbundwerkstoffe (Graphit) und andere schwer zerspanbare oder abrasive Werkstoffe zunehmend gefragt. CBN-Werkzeuge werden benötigt, um gehärtete Stähle über 45 HRC, Gusseisen, Superlegierungen und andere spezifische Metalle zu bearbeiten. Hochwertige Werkzeuge steigern Produktivität und senken Produktionskosten. ISCARs F&E-Ressourcen sind darauf ausgerichtet, das Problem der Bearbeitung dieser komplexen Materialien zu lösen, und es werden kontinuierlich erhebliche Mittel in die Entwicklung eines noch breiteren Lösungsportfolios investiert.

Die Bearbeitung von Materialien, die aktuell für fortschrittliche Flugzeugtypen verwendet werden, erfordert neue Prozesse, da diese schwierigen Materialien leicht, aber extrem fest sind. Die Werkzeugausrüstung für die CFK-Bearbeitung umfasst langlebige PKD-Wendeschneidplatten, PKD-Vollhartmetallfräser oder aufgepresste Mandrelwerkzeuge.

Beim Zerspanen von Verbundwerkstoffen wie CFK entstehen praktisch keine Späne. Stattdessen lässt sich der Materialabtrag besser als „Zersplittern“ beschreiben. Der Aufprall der Schneide bricht die harten Carbonfasern, anstatt Material abzuscheren. Dieser Prozess verursacht erheblichen Abrieb an der Schneide des Werkzeugs, was zu schnellem Verschleiß führt. In der Verbundwerkstoffbearbeitung – wie bei jedem Schneidwerkzeugeinsatz – bestimmt die Werkzeuggeometrie die Schneidleistung. Im Bereich Verbundwerkstoffe wird jedoch auch das Werkzeugkantenmaterial zu einem Haupttreiber der Leistung. Wenn das Kantenmaterial nicht in der Lage ist, hohe Abrasionsbeanspruchung gut genug zu widerstehen, um seine Geometrie und Schärfe zu behalten, kann das Werkzeug so schnell verschleißen, dass sich die Geometrie rasch ändert. Um CFK erfolgreich zu bearbeiten, hat ISCAR harte, scharfe Vollhartmetallwerkzeuge entwickelt, die mit langlebigen Diamanten beschichtet sind.

Die verwendete Diamantbeschichtung ist häufig eine polykristalline Diamant (PKD)-Beschichtung. Allerdings ist eine Diamantbeschichtung, die im chemischen Gasphasenabscheidungsverfahren (CVD) aufgebracht wird, die einzige Beschichtung, die 100 % echte Diamantkristalle nutzt. Ein großer Vorteil der CVD-Diamantbeschichtung ist, dass sie die durch das hochabrasive Verbundwerkstoffmaterial entstehende Hitze und Reibung reduziert.

Obwohl die für Verbundwerkstoffteile erforderlichen Bearbeitungsvorgänge einfach sein können (manchmal nur Bohren und Trimmen), können die Vorrichtungen, die diese oft komplexen Teile stützen, für sich kleine ingenieurtechnische Meisterleistungen darstellen. Die Spannvorrichtung für die Bearbeitung eines Verbundwerkstoffteils kann somit eine beträchtliche Investition darstellen. Sauberes Schneiden ohne Ausfransen, Delamination oder sonstige Trennung der Materiallagen erfordert, dass das Teil fest gegen Vibration gespannt ist.

ISCARs hochwertige, präzise PKD- und CBN-bestückte sowie diamantbeschichtete Werkzeuge senken die Produktionskosten der Anwender und verbessern die Qualität der gefertigten Produkte. Deutlich verbesserte Leistung bei CFK und Verbundwerkstoffen ist garantiert im Vergleich zum Einsatz vergleichbarer Hartmetallwerkzeuge. Zudem werden höhere Präzision und exzellente Oberflächengüte erreicht.

ISCAR ist in der industrialisierten Welt für exzellenten Kundenservice, Produktqualität und kosteneffiziente Preise bekannt – nicht nur im Metallzerspanen, sondern auch im Bereich CFK- und Verbundwerkstoffbearbeitung.

Zuvor auf ISCAR In The News veröffentlicht.