Branchen Special. Composites. Composites. intelligent bearbeiten.

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1 _ Kompetenz in der ZerSPAnung Composites intelligent bearbeiten. Branchen Special Composites

2 Hightech zerspanen. Unter den Composite-Werkstoffen ist der kohlenfaserverstärkte Kunststoff (CFK) der bekannteste. CFK ist ein schlüsseltechnologischer Werkstoff, der dann eingesetzt wird, wenn hohe gewichtsspezifische Festigkeit und Steifigkeit gefordert sind: zum Beispiel im Fahrzeugbau, bei der Herstellung von Sportgeräten oder in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Die besonderen Eigenschaften von CFK bringen im Flugzeugbau eine erhöhte Reichweite und weniger Energieverbrauch. Aufgrund der höheren Steifigkeit ist außerdem ein höherer Kabinendruck möglich. Die exzellente Korrosionsbeständigkeit von CFK erlaubt eine höhere Luftfeuchtigkeit in der Kabine, was die Passagiere vor allem auf Langstrecken zu schätzen wissen. CFK ist außerdem anspruchslos, was Wartung und Pflege angeht. Anspruchsvoll ist dagegen die Zerspanung von CFK. Hier gilt es, Delamination und Faserüberstand zu eliminieren. Die abrasiven Fasern schließen eine Bearbeitung mit konventionellen Zerspanungswerkzeugen aus. Besondere Verbundwerkstoffe (Stacks), wie CFK und Titan erschweren die Bearbeitung zusätzlich durch konträre Werkstoffeigenschaften. Als Komplettanbieter mit jahrelanger Erfahrung bieten wir Ihnen die passenden Zerspanungslösungen für CFK und ähnliche Werkstoffe. Stellvertretend zeigen wir Ihnen hier eine Auswahl unserer Hightech-Bohrwerkzeuge für Composites, wie sie in der Luft- und Raumfahrtindustrie zum Einsatz kommen. Unsere Spezialisten freuen sich auf Ihre Aufgabe. Sprechen Sie mit uns!

3 PKD Vein Technologie 1 Die PKD Vein Werkzeuge von Walter ermöglichen beim Bohren in CFK und Titan hohe Schnittgeschwindigkeiten und eine exzellente Maßhaltigkeit bei minimalem Verschleiß. Bei diesen Werkzeugen befindet sich im Hartmetall-Kopf ein gesintertes PKD Vein. Der Werkzeugkopf ist auf den Schaft gelötet, die Geometrie präzise geschliffen und schleiferodiert. So baut man Hightech-Werkzeuge für anspruchsvolle Aufgaben. Walter Titex PKD Vein Bohrsenker Das PKD Vein* wird bei 1500 C und bar gesintert und macht diesen Bohrsenker zu einem besonderen Hightech-Werkzeug für beste Zerspanungswerte ohne Ausfransungen und geringe Gratbildung in Titan. * Vein = englisch für Vene. interne Kühlkanäle gelöteter PKD zum Senken PKD Vein Reaktionskammer mit PKD-Pulver gefüllter HM-Kopf Hartmetall- Kopf Lötverbindung Hartmetall- Rohling Hartmetall-Kopf Sinter-Prozess PKD HM-Kopf mit PKD auf Rohling gelötet AFT1P 130 Spitzenwinkel Geometrie für Stacks aus Faserverbundwerkstoffen und Metall. Schneidengeometrie für Titan-Werkstoffe optimiert mit integrierten Kühlkanälen für Emulsionen und MMS-Bearbeitung. Reconditioning: 23 Mal AF3P 125 /90 Spitzenwinkel Geometrie speziell für unidirektionale Fasern und andere Faserwerkstoffe mit hohem Delaminationsrisiko. Für multidirektionale Fasern bzw. Gewebe ebenfalls gut einsetzbar. Reconditioning: 24 Mal AFE1P Form E-Anschliff Geometrie für gewölbte CFK-Bauteile, dünne Werkstoffe und Aramidfaser. Das Werkzeug kann alternativ zur AF3P- Geometrie eingesetzt werden. Reconditioning: 12 Mal

4 CFK Flugzeugrumpf Zur Bearbeitung von CFK-Rumpfschalen und deren Anbauteilen werden CNC-gesteuerte Flächennietanlagen, Flextrack und Roboter sowie Bohrvorschubeinheiten und Handbohrmaschinen eingesetzt. Walter hat für jede dieser Anwendungen, ob mit MMS, trocken oder Emulsion, das richtige Zerspanungswerkzeug. Bei der CFK-Bearbeitung setzen wir auf PKD- und diamantbeschichtete Vollhartmetallwerkzeuge. Diese Schneid- Walter Titex Bohrsenker mit Stufe AF1D für Fensterrahmen Die Vorbohrstufe ermöglicht einfaches Positionieren der Bohrvorschubeinheit mit C-Bügel. Die Senkung wird direkt im one-shot-drilling-verfahren zeitsparend eingebracht. Die Diamantbeschichtung erhöht deutlich die Standzeit. Handbohrmaschine Manuelle Bohroperation Walter Titex PKD Vein Bohrsenker AF3P für Längs- und Quernähte Walter Titex Bohrsenker AF1D für Längs- und Quernähte BVE (Bohrvorschubeinheit) Bohren mit konstanten Schnittparametern Roboter CNC-Bohroperation mit mäßiger Stabilität von Maschine, Einspannung und Werkstück Flächennietanlage/ Bearbeitungszentrum CNC-Bohroperation Die Walter PKD Vein Technologie steht für hohe Standzeit und mehrfaches 100%-Reconditioning bei gleichbleibender Bohrungsqualität. Die Vorzüge des PKD-Schneidstoffes sind gleichmäßige und langsame Verschleißbildung. Der Walter Titex Bohrsenker AF1D mit Diamantbeschichtung, ohne Pilotspitze, bietet die gleichen Eigenschaften wie mit Pilotstufe, jedoch reduziert sich die Bearbeitungszeit aufgrund des kürzeren An- und Überlaufwegs.

5 3 stoffe bieten große Standmenge und eine sehr gute Bohrungsqualität. Für eine optimale Schichthaftung sind Hartmetallsubstrat und Diamantbeschichtung perfekt aufeinander abgestimmt. Hohe Standzeit und vor allem die Prozesssicherheit stehen für uns an erster Stelle. Das Verhältnis zwischen Bohrungsqualität, Bearbeitungsgeschwindigkeit und Wirtschaftlichkeit wird für jede Aufgabe individuell angepasst. Walter Titex Bohrer AF1D Allround CFK-Bohrwerkzeug Die AF1D Geometrie mit Diamantbeschichtung ist geeignet zum Bohren in uni- und multidirektionalen Kohlenfaserverbundwerkstoffen. Auch mit Bohrvorschubeinheit bietet die Geometrie dank Selbstzentrierungseigenschaft exzellente Rundheit und Maßhaltigkeit. Walter Titex Bohrer AFF1D für mäßige Bearbeitungsverhältnisse Walter Titex Bohrer MFF1 für das manuelle Vor- und Vollbohren Walter Titex Bohrer MFA1 für manuelles Aufbohren Der Walter Titex AFF1D Bohrer mit vier Schneiden und Diamantbeschichtung wurde speziell für labile Aufspannungen entwickelt und eignet sich hervorragend für Roboter-Anwendungen. Trotz hoher Standzeit ist keine Nacharbeit bei gewobenem Kupfervlies am Bohrungsaustritt erforderlich. Dieser Titex Bohrer mit sichelförmiger Schneidengeometrie erzeugt saubere Bohrungen ohne Faserüberstand. Mit der Zentrierspitze lässt sich das Werkzeug präzise positionieren. Ein ideales Werkzeug für Handbohrmaschinen. Der MFA1 mit drei Schneiden eignet sich besonders, um manuell aufzubohren. Aufgrund drei optimal verteilter Führungsfasen erzeugt der Bohrer auch unter schwierigen technischen Bedingungen maßhaltige Bohrungen.

6 Stack Flugzeugrumpf Stacks bestehen aus mindestens zwei Materialien, die unterschiedliche Eigenschaften aufweisen können. Häufig vorkommende Composite- Metall-Verbunde sind CFK und Titan oder CFK und Aluminium. Trotz der unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften müssen maßhaltige Bohrungen über einen langen Standweg gewährleistet werden. Das ist die Herausforderung an die Werkzeugentwicklung. CFK ist ein sehr abrasiv wirkender Werkstoff und führt schnell zu verrundeten Schneidkanten. Titan hingegen ist ein zäher Werkstoff mit Walter Titex Bohrer mit Stufe AFT4A für Spant-Clip-Bohrungen Dieses Werkzeug wurde speziell für den Einsatz mit Bohrvorschubeinheiten entwickelt. Polierte Spannuten und eine glatte, hitzebeständige ACN- Beschichtung (Aluminium-Chromnitrid- Schicht) sorgen für optimalen Spanabtransport. Walter Titex PKD Vein Bohrsenker AFT1P für Außenhaut-Spant- Bohrungen Walter Titex Aufbohrwerkzeug MFT2 für CFK-Ti-Bohrungen Walter Titex Bohrer mit Stufe MFA4 für CFK-Al-Bohrungen Innere Kühlkanäle und eine Schutz fase an der PKD Vein Schneide sorgen für beste Zerspanungswerte im CFK-Titan- Verbund. Hohe Schnitt geschwindigkeit, praktisch keine Ausfransung im CFK und geringe Gratbildung am Titan machen dieses Werkzeug zur ersten Wahl. Dieses Aufbohrwerkzeug ist links gedrallt und schiebt die Späne nach vorne durch die Vorbohrung. Wenn die Bohrfolge CFK Titan ist, können die Titanspäne das CFK nicht beschädigen. Bei umgekehrter Bohrfolge empfiehlt sich dieses Werkzeug mit Rechtsdrall. Das Werkzeug kann zum manuellen Voll- oder Aufbohren verwendet werden. Vier Führungsfasen stabilisieren das Werkzeug und die sekundären Nuten verhindern Aufschweißungen beim Trockenbohren von Aluminium.

7 5 sehr geringer Wärmeleitfähigkeit. Wird also in CFK-Ti gebohrt, wirkt sich die verrundete Schneide im CFK negativ auf Delamination und Faserüberstände aus, im Titan erzeugt sie zusätzliche Reibwärme. Walter setzt daher auf verschleißarme PKD Vein Werkzeuge und auf VHM (Vollhartmetall) sowie beschichtetes VHM, je nach Aufgabe. Zudem werden optimierte Schneidengeometrien für ein bestmögliches Ergebnis entwickelt und angeboten. Walter Titex Bohrer AFT3A für Stackmaterial Die bewährte Geometrie des Walter Titex A3366 Bohrers wurde mit internen Kühlkanälen, polierten Spannuten und der ACN-Beschichtung für die Stack-Bearbeitung perfektioniert und für hohe Vorschübe ausgelegt. Floorgrid Bild Walter Titex Bohrer mit Stufe AFT1N für Spant-Clip-Bohrungen Walter Titex Bohrer MFT1 für manuelles Vorbohren Die NHC-Beschichtung (ta-c Kohlenstoffschicht) mit einer Härte von 5000 HV hemmt den Verschleiß. Die glatte Schicht reduziert die Aufbauschneidenbildung. Die vier Schneiden des Bohrers erhöhen außerdem deutlich die Standzeit. Ein zuverlässiges Walter Werkzeug zum Vorbohren von Stacks mit der Handbohrmaschine. Geeignet für kleine Durchmesser in CFK, Titan und Aluminium-Werkstoffverbunden.

8 Stack Flugzeugflügel Flugzeugflügel beinhalten Werkstoffverbunde aus CFK, Titan, Aluminium und rostfreiem Stahl sowie Sandwichmaterialien wie z.b. Aluminium Honeycomb. Zudem variieren die Material- stärken der Werkstoffverbunde erheblich. Von wenigen Millimetern der Vorflügelaußenhaut bis hin zu 15 x d Bohrungen zum Flügelmittelkasten hin. Auch die Durchmesser der Bohrungen variieren stärker als im Rumpfsegment und erreichen Durchmesser von über 30 mm. Walter Titex PKD Vein Bohrsenker AFA1P für Tragflächenhaut- Versteifungsrippen Die Schneidengeometrie des AFA1P ist speziell auf CFK-Al-Stacks ausgelegt. Eine scharfe Schneide und die IK für MMS- oder Nassbearbeitung reduzieren die Gratbildung auf ein Minimum selbst bei platiniertem Rein-Aluminium. Walter B4017 Point Drill zum Vollbohren Walter Titex Bohrer AFA1N für Flügelholm-Versteifungsrippen Walter Titex Bohrer mit Stufe MFA5 für manuelles Aufbohren Ideal für das CFK-Aluminium one-shotdrilling. Wirtschaftliche Lösung für Bohrungsdurchmesser von 1238 mm. Maximale Prozesssicherheit durch optimale Bohrspitze in bewährtem Xtra tec Point Drill Körper und geringe Bohrungstoleranz durch zusätzliche Führungsfasen. Die vier Schneiden des AFA1N ermöglichen eine hohe Standzeit in Metall- Composite-Werkstoffverbunden sowie geringe Faserüberstände. Die nichtmetallische NHC-Beschichtung (ta-c Kohlenstoffschicht) reduziert zudem Aufbauschneidenbildung. Der Walter Titex MFA5 ist für das manuelle Aufbohren von CFK-Al- und Al-Al-Verbunden konzipiert. Der geringe Drall des Werkzeugs verringert die Geschwindigkeit beim Austritt des Bohrers.

9 Stack Seitenleitwerk 7 Der Aufbau des Seitenleitwerks hat Ähnlichkeiten mit der Struktur des Flügelkastens, sowohl von den Materialien her wie auch vom Bohrlochdurchmesser. Beim Seitenleitwerk wie auch beim Flügel oder den Rumpfsegmenten handelt es sich um dynamisch belastete, sicherheitsrelevante Bauteile, bei denen die Toleranzen für die Bohrlochqualität sehr klein ausfallen und die Prozesssicherheit der Bearbeitung und der Bauteilqualität im Vordergrund stehen. Walter Titex Bohrer AFT2: 16 x D c Bohrer für CFK-Ti Der Titex Bohrer AFT2 ist ein 16 x D c Werkzeug und eignet sich für tiefe Vorbohrlöcher. Die Werkstoffe CFK und Titan, aber auch rostfreier Stahl können mit diesem Werkzeug bear beitet werden. Walter Titex Bohrer mit Stufe AFT1A für Ti-Stahl-Verbund Walter Prototyp ConeFit* Senker für Ti, Stähle und Al Walter Titex Bohrer mit Stufe MFA4 für CFK-Al Dieses Werkzeug wurde speziell für den Einsatz mit Bohrvorschubeinheiten entwickelt. Polierte Spannuten und eine glatte, hitzebeständige ACN- Beschichtung sorgen für optimalen Spanabtransport. Der Zapfen des Senkers hilft bei der Positionierung des Werkzeugs und bei der Einhaltung der Zentrizität von Bohrung zu Senkung. Das Werkzeug ist als Z = 2 oder Z = 3 erhältlich und bietet sich an für Senkungen ab 10 mm und um Kosten einzusparen. * kombinierbar mit dem gesamten ConeFit Halterprogramm. Das Werkzeug kann zum manuellen Voll- oder Aufbohren verwendet werden. Vier Führungsfasen stabilisieren das Werkzeug und die sekundären Nuten verhindern Aufschweißungen beim Trockenbohren von Aluminium.

10 Schnittdaten und Werkzeugabmessung Die Schnittdatentabelle enthält Startwerte für die Composite Bearbeitung. Viele dieser Anwendungen sind einmalig und bedürfen angepasster Schnittparameter und Werkzeuge. Um die Bohrungsqualität zu verbessern, können die Schnittgeschwindigkeit erhöht und der Vorschub reduziert werden. Geringer Vorschub und hohe Schnittgeschwindigkeit verkürzen jedoch die Werkzeug-Standzeit. Es empfiehlt sich ein schrittweises Herantasten an optimale Zerspanungsparameter, bei denen die Balance zwischen Bohrungsqualität und Standzeit stimmt. Geometrie Material CFK UD (unidirektional) CFK MD (multidirektional) Thermoplast mit Kohlenstofffaser CFK-Al CFK-Ti Al-Ti Bearbeitung trocken trocken trocken MMS MMS PKD Vein Hartmetall mit und ohne diverse Beschichtungen AF3P AFE1P AFA1P AFT1P AF1D / AFF1D AFA1N B4017 mit P6004 WSP AFT1N / AFT1A AFT2 AFT3A AFT4A ConeFit Senker VFA1A / VFT1A ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,03 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,03 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,05 0, , ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,04 0, ,03 0, ,03 0, ,03 0, ,08 0, , , ,05 0, ,05 0, ,05 0, ,08 0,10 MFF ,075 MFA1 / MFA4 / MFA MFT1 / MFT Hinweis: Beim Bohren von Stacks mit einem Parameter verwendet man die CFK-Al bzw. CFK-Ti, AL-Ti Spalte. Wenn zwischen den Werkstoffen die Parameter geändert werden, verwendet man für Faserwerkstoffe die CFK Parameter, für Aluminium die CFK-Al Werte und für Ti die CFK-Ti Daten. Typ Dc [mm] d1 [mm] d2 [mm] l1 [mm] l2 [mm] D c d 1 Hartmetall Bohrer PKD Vein Bohrer ohne IK mit IK ohne IK mit IK 2,5 25 4,0 25 2,5 12,8 4,7 12, x d / x d / x d / x d / 100 L c l 2 l 5 l 1 Hartmetall Bohrsenker ohne IK mit IK 2,5 21 4, ,5 x d1* 2,5 x d1* x d / x d / 250 D c d 1 PKD Vein Bohrsenker ohne IK mit IK 4,0 10 4, ,5 x d1 2,5 x d1 * Faktor Stufensprung bei Werkzeugen mit drei Schneiden nur 1,4 x d1 und bei MFT2 und AFT2 kein Stufensprung möglich x d / x d / 100 L c l 2 l 5 l 1 l5 > 20 mm; Lc = l2 5 mm

11 Technologie Vibrationsbohren 9 Zur Bearbeitung von Stack-Materialien, insbesondere CFK-Ti-Verbunden, empfiehlt sich das Vibra tionsbohren. Dabei wird das Bohrwerkzeug in der Vorschubrichtung zusätzlich ausgelenkt. Die Auslenkung entspricht einer Sinuswelle, wobei die Werkzeugschneiden ständig im Eingriff sind. Im Tal der Sinuswelle erfolgt bei minimalem Vorschub wert ein kontrollierter Span bruch. Der kurze Span senkt die Prozesstemperatur und verbessert die Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit der gesamten Bohrung. Konventionelles Bohren (ohne Vibration) Vibrationsbohren Bohrrichtung Bohrrichtung Schliffbild von CFK* Wärmebildaufnahme von Titan Bohrer Ti6Al4V CFK Ti Bohrer Ti6Al4V Bohrrichtung *Quelle: IWT Bremen Walter Titex Vibrationsbohrer VFA1A mit Stufe Walter Titex Vibrationsbohrer VFT1A Der Vibrationsbohrer mit Stufe eignet sich besonders für C-Bügel-Bohrvorschubeinheiten. Die Schneidengeometrie sowie die optionale Beschichtung sind an den Vibrationsbohrprozess angepasst, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Der Vibrationsbohrer für Bearbeitungszentren und Flächennietanlagen arbeitet prozesssicher. Dieses Werkzeug eignet sich für CFK-Ti-Verbunde mit großer Materialstärke und hohen Toleranzanforderungen.

12 Walter AG Derendinger Straße 53, Tübingen Postfach 2049, Tübingen Deutschland Printed in Germany (08/2014) DE Walter Deutschland GmbH Frankfurt, Germany +49 (0) , Walter (Schweiz) AG Solothurn, Schweiz +41 (0) , Walter Austria GmbH Wien, Austria +43 (1) ,