« Eine besondere Herausforderung »
CFK kommt in verschiedenen Bereichen zum Einsatz und kann auf vielerlei Weise bearbeitet werden. Beim Fräsen jedoch sind bestimmte Dinge zu beachten. Gerade der entstehende Staub macht es notwendig, ein paar Vorkehrungen zu treffen. Überdies sollte aufgrund der Struktur des Materials auf – für die Zerspanung geeignetes – Spezial-VHM-Werkzeug zurückgegriffen werden.
Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff ist ein Material, welches viele positive Eigenschaften aufweist. Es vereint wie gegenwärtig kein zweiter Werkstoff hohe Zugfestigkeit mit niedrigem Raumgewicht. Hinzu kommen noch die ausgesprochene Korrosionsbeständigkeit und Widerstandskraft gegen Säuren und Wärme. Aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften durch den Kompositwerkstoff sind Halbzeuge aus CFK in der Verarbeitung jedoch etwas aufwändig. Insbesondere beim Fräsen sind gewisse Dinge zu berücksichtigen.
Kompositmaterialien sind maßgeschneidert
Faserverbundwerkstoffe, zu denen CFK gehört, bestehen aus mindestens zwei Komponenten. Diese an sich sehr unterschiedlichen Ausgangsmaterialien bieten in ihrer Kombination ausgesprochen vorteilhafte Eigenschaften.
Dauerfestigkeit, umseitige Belastbarkeit oder gute Formbarkeit sind die essentiellsten Vorzüge, die sich als ideal für die Fertigung etlicher Bauteile in unterschiedlichen Branchen herausstellen.
Diesen Vorteilen stehen jedoch gewisse Komplikationen bei Herstellung und Entsorgung entgegen. Beides gestaltet sich wesentlich aufwändiger und teurer als bei einfachen Guss- und Walzverfahren. Auch bei der Verarbeitung können unter Umständen gewisse Komplikationen auftreten. Gerade beim Zerspanen, etwa Fräsen, sollten ein paar Grundregeln eingehalten werden. Hält man sich an diese, dann ist der Mehraufwand jedoch nicht erheblich.
Die Gefahren beim Fräsen von CFK – welche Faktoren sollten unbedingt beachtet werden?
Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff präsentiert sich in Gestalt etlicher unterschiedlicher Halbzeuge. So ist CFK in Form von dünnen Platten mit Leinwand- oder Köperbindung, pultrudierten Profilen, gerollten Matten oder massiven Blöcke erhältlich. Dabei sind die Halbzeuge wesentlich leichter als Metalle. Außerdem heizen sie sich beim Zerspanen nicht so leicht auf.
Beim Fräsen von CFK entstehen jedoch zwei Probleme:
- Die Ränder fransen beim Bearbeiten mit einem normalen Fräser aus
- Der Staub vom Kohlenstoff ist elektrisch leitend
Das richtige Werkzeug für professionelle Bearbeitung
Welche Komplikationen können beim Fräsen entstehen?
Da sich kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff beim Zerspanen nur sehr wenig aufwärmt, wandert die ganze Reibwärme in den Fräser. Dies kann bei herkömmlichen Zerspanungswerkzeugen zu einem schnellen Verschleiß führen, was die Zerspanungskosten stark erhöht.
Wärme bedeutet immer eine Ausdehnung im Metall. Die Ausdehnung ist progressiv im gesamten Kopf, einschließlich der Schneide. Eine erwärmte Schneide ist somit von sich aus bereits stumpfer als eine kalte. Jedoch leidet auch die Festigkeit des Metalls unter dem Wärmeeinfluss. Beim Fräsen von CFK kann ein nicht geeigneter Fräser also sehr schnell stumpf werden.
Welche Geräte sind beim Zerspanen geeignet?
Für das Fräsen von CFK ist deshalb bestimmtes Zerspanungswerkzeug notwendig – insbesondere VHM-Fräser mit Mehrklingenstruktur eignen sich für die Bearbeitung.
VHM steht für „Vollhartmetall und stellt den Standard bei der Metallverarbeitung dar. Diese mindestens als Doppelschneide ausgelegten Zerspanungswerkzeuge für Kohlefasern führen bei der Bearbeitung zwei Arbeitsschritte gleichzeitig durch: Durchtrennen des harten Harzes und Abschneiden der Fasern. Das führt zu einer sehr glatten und absolut präzisen Fräskante.
Damit kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff optimal verarbeitet werden kann, ist eine Drehgeschwindigkeit der Spindel von mindestens 2000 Umdrehungen pro Minute empfehlenswert.
Schwierigkeiten durch die Entstehung von CFK-Staub
Eigenschaften von CFK-Staub
Die elektrische Leitfähigkeit von Staub, wie er beim Fräsen von kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff anfällt, kann zu großen Problemen führen. Kommt er mit elektrischen Kontakten in Berührung, sorgt er unweigerlich für Kurzschlüsse. Dies kann bis zu Bränden von Platinen führen. Der Absaugung muss dabei größte Aufmerksamkeit geschenkt werden. Es genügt zwar ein Handstaubsauger, diese rudimentäre Maßnahme ist jedoch das absolute Minimum beim Zerspanen von Kohlefaser-Verbundwerkstoffen.
Fräsen von kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff: Treffen Sie geeignete Sicherheitsmaßnahmen
Beim Zerspanen von CFK ist ein Atemschutz unverzichtbar. Fräsen von CFK erzeugt große Mengen von sehr feinem Staub, der sich nicht nur in der Lunge festsetzen kann. Schlimmstenfalls kann durch ihn ein ernsthaftes Problem für die Gesundheit entstehen. Das Tragen einer Atemmaske ist also nur zu empfehlen. Das Fraunhofer Institut empfiehlt hierzu
- eine Halb- oder Viertelmaske mit einem Filter mindestens in der Kategorie P2
- alternativ eine Halbmaske mit einer Partikel-Filter Kategorie FFP2
- oder ein Absaug-Filter-Gerät vom Typ TH 1P
Darüber hinaus werden ein Augenschutz und ein atmungsaktiver Vollschutz-Anzug empfohlen.
Fräsen unter Wasser als hilfreiche Option
Für das Zerspanen von CFK mit VHM-Fräsern steht eine helfende Möglichkeit zur Verfügung: Die ideale Bearbeitung der Faserverbundwerkstoffe findet unter Wasser statt. Bei dem echten Tauchverfahren erübrigt sich gleichzeitig das Problem der Absaugung des elektrisch leitenden Kohlenstoff-Staubs. Alternativ ist zudem eine leistungsstarke Kühlschmierung sinnvoll. Wirklich nötig wird dies jedoch nur beim Zerspanen von massivem Blockmaterial.
Bei dünnen Laminaten, die nur mit ein paar Konturen oder Bohrungen versehen werden wollen, ist eine Kühlschmierung in der Regel nicht notwendig. Jedoch bleibt beim trockenen Verarbeiten von Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoffen eine zuverlässige und leistungsstarke Absaugung unerlässlich.
CFK fräsen leichtgemacht – mit dem richtigen Zerspanungswerkzeug und ordentlicher Vorbereitung
Ob Profile oder Platten – wenn Sie Halbzeuge aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff bearbeiten möchten, ist die Wahl eines professionellen Werkzeuges unerlässlich. VHM-Bohrer mit Diamantverzahnung, Spiralverzahnung oder Zweischneider stellen sicher, dass für jede Anwendung ein passendes Modell für den privaten oder professionellen industriellen Bereich erhältlich ist.
Stellen Sie zudem sicher, dass alle notwendigen Arbeitsschutzmaßnahmen gewährleistet sind – gerade wegen dem Staub, der beim Zerspanen von CFK entsteht, sind zu Gunsten der eigenen Gesundheit ein paar Aspekte zu beachten. Doch mit richtiger Vorbereitung gestaltet sich das Fräsen selbst gar nicht mehr so kompliziert und Projekte können mit Erfolg zum Abschluss geführt werden. Letztendlich überwiegen die Vorzüge beim Einsatz des besonderen Materials.