Prozesssicher und wirtschaftlich wegen langer Werkzeug­standzeiten lassen sich zähharte Speziallegierungen, Composite- und Sandwich-Werkstoffe mit beschichteten Werkzeugen bohren und fräsen. Speziell eignen sich dafür HiPIMS- und Diamant-Beschichtungen von Cemecon.

Beim Aufsetzen auf die Landebahn geht ein sanfter Ruck durch den Rumpf des Flugzeugs. Und auch während des Flugs ist ganz schön Bewegung in der Maschine; das kann jeder – je nach Sitzplatz – an den Flügelenden beobachten. Gut zu wissen, dass Flug­zeuge keineswegs so starr sind, wie sie auf den ersten Blick wirken. Tatsächlich sind sie durch und durch auf Elastizität getrimmt. Die Titanlegierungen, die in der Luftfahrt eingesetzt werden, sind perfekt darauf ausgelegt. Sie sind sehr zäh und deswegen besonders widerstandsfähig gegen die ständige dynamische Belastung durch Vibrationen und Schwingungen im Flugbetrieb. So bleiben Flugzeuge über ihre gesamte Lebensdauer sicher – verbreitete Modelle sind für 25 Jahre, 60 000 Flug­stunden und 48 000 Landungen ausgelegt und halten in der Regel noch weitaus länger. Darüber hinaus verfügt Titan bei einer relativ geringen Dichte von 4,5 g/cm3 über eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig sehr niedrigem Gewicht. Bauteile aus Titan sind höchst korrosionsbeständig und vertragen sich elektrochemisch gut mit CFK. «Die hohe Härte und Zähigkeit von Titan in Kombination mit seiner sehr schlechten Wärmeleitfähigkeit und starken Neigung zu Adhäsionen erschweren die Bearbeitung jedoch enorm. Deswegen müssen Zerspanwerkzeuge besonders verschleiss- und temperaturfest sein, um den Prozess wirtschaftlich meistern zu können», berichtet Manfred Weigand, Produktmanager Round Tools bei Cemecon.

Dank Silizium hoch wärmebeständig

«Unser neuer HiPIMS-Schichtwerkstoff Steelcon ist wie geschaffen, um Titan und die Sandwichwerkstoffe wirtschaftlich und prozesssicher zu bearbeiten. Steelcon liefert die harte Schale, die das Werkzeug optimal bei der Zerspanung von Titan schützt», erläutert Manfred Weigand. Der HiPIMS-Schichtwerkstoff ist wegen seiner Zusammensetzung enorm thermisch stabil. Des Weiteren isoliert die Beschichtung thermisch hervorragend und lässt kaum Wärme ins Werkzeug, sondern leitet sie über den Span ab – perfekt für die Bearbeitung von Titan. Ohne diese Beschichtung würden die hohen Temperaturen, die beim Bearbeiten des harten Werkstoffs unweigerlich entstehen, das Werkzeug schädigen und das Hartmetall verspröden. Darüber hinaus ist die HiPIMS-Schicht sehr verschleiss­beständig, zum einen durch ihre hohe Härte und Zähigkeit, zum anderen dank ihrer ausgezeichneten Hafteigenschaften auf dem Grundsubstrat. Aus dieser Kombination von Eigenschaften resultieren deutlich längere Werkzeugstand­zeiten und hervorragende Bearbeitungsergebnisse. Mit HiPIMS werden Be­schichtungen sehr dicht bei extrem guter Haftung. Somit ist der Schichtwerkstoff Steelcon ideal geeignet, um Werkzeuge zur Titanbearbeitung zu beschichten.

Diamantbeschichtung ideal für CFK und Sandwich

Titan wird wie Aluminium in Flugzeugen immer häufiger – sandwichartig – mit kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen kombiniert. «Ein Loch bohren in ein Bauteil, das zunächst porös und hochabrasiv und dann im Verhältnis weich und zäh ist? Das stellt spezielle Anforderungen an Substrat, Schneid­geometrie und Beschichtung», schildert Manfred Weigand die Erfahrungen. «Unsere Beschichtung CC-Dia-Aerospeed – ursprünglich konzipiert für die CFK-Bearbeitung – bietet auch für das Duo CFK und Aluminium eine ausbalancierte Lösung», führt Manfred Weigand aus. Die nanokristalline Diamantoberfläche ist extrem glatt und chemisch inert – darum ist damit auch ein effektiver Späneabtransport gesichert. Besonders scharf sind mit dieser Beschichtung versehene Werkzeuge ebenfalls, da die Kantenverrundung der Schneide vielfach kleiner ist als bei herkömmlichen Diamantbeschichtungen gleicher Dicke. Bohrer, die mit dieser innovativen Beschichtung ausgestattet sind, bilden beim Austritt der Bohrung in Alu-Composite-Schichten kleiner als 0,1 mm messende Grate. So lässt sich einer im Flugzeugbau üblichen Forderung nach gratarmen Bohrungen problemlos entsprechen. Multilayer-Diamantbeschichtungen von Cemecon zeichnen sich auch als der richtige Weg für das aktuelle Thema CFK-Titan-Bearbeitung ab. «Aktuelle Versuche zeigen, dass wir bald als Erste ein viel wirtschaftlicheres Zerspanen dieses Composite-Werkstoffs erreichen werden», wirft Manfred Weigand einen Blick in die Zukunft.