DE102007027461A1

DE102007027461A1 - Method for abrading, boring or cutting thread on fiber-reinforced plastic composite workpieces uses tool with whose edge has cutting angle below ten degrees

Info

Publication number: DE102007027461A1
Application number: DE102007027461A
Authority: DE
Inventors: Anthimos Prof. Georgiadis; Michael Dr. Kaever
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-07-19
Filing date: 2007-06-14
Publication date: 2008-01-24

Abstract

Method for abrading, boring or cutting a thread on fiber-reinforced plastic composite workpieces (WE) uses a tool (WZ) whose edge has a cutting angle below 10[deg]. An independent claim is included for a machine for carrying out the method in which the tool is computer controlled to produce a cutting speed of 500 - 3000 m/min or a speed of revolution of 25000 - 60000.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks aus einem Verbundmaterial (Kompositmaterial). Sie bezieht sich insbesondere auf die Bearbeitung von Werkstücken aus einem Faserverbundwerkstoff, z.B. einem Faser-Kunststoff-Verband.The The invention relates to a method for machining a workpiece a composite material (composite material). It refers in particular on the machining of workpieces made of a fiber composite, e.g. a fiber-plastic bandage.

Ein Beispiel für einen Faser-Kunststoff-Verband stellt kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK) oder glasfaserverstärkter Kunststoff (GfK) dar. Bei Faserverbundwerkstoffen sind Fasern in eine Matrix eingebettet derart, dass der Verbund besonders stabil ist.One example for a fiber-plastic composite provides carbon fiber reinforced plastic (CFRP) or glass fiber reinforced Plastic (GfK) dar. In fiber composites are fibers in embedded a matrix such that the composite is particularly stable is.

Eine Formgebung von Faserverbundwerkstoffen erfolgt bisher hauptsächlich bei deren Herstellung. So werden CFK-Bauteile z.B. durch folgende Herstellungsverfahren produziert: Handlaminieren (etwa für Formteile), Vakuumsackverfahren, verschiedene Presstechniken (etwa für Platten), Wickeltechnik (z.B. für Rohre oder Walzen) und Strangziehen (für Profile). Eine weitere Bearbeitung der einmal hergestellten Teile erfolgt nur eingeschränkt, und zwar mit Hilfe von Werkzeugen mit geometrisch unbestimmter Schneide, nämlich durch Schleifen. Insbesondere zur Bearbeitung von Werkstücken, bei denen es besondere Anforderungen an die Gestaltung der Oberfläche gibt, z.B. bei im Flugzeug – bzw. Autobau einzusetzenden Werkstücken, werden primär Schleifverfahren verwendet. Die Formgebungen sind hierbei auf die Herstellung einfacher Konturen, z.B. die Erzeugung von Nuten, Phasen etc. begrenzt.A Shaping of fiber composites is currently mainly at their production. Thus CFRP components are e.g. by the following manufacturing methods produced: hand lamination (eg for moldings), vacuum bag method, various pressing techniques (such as for plates), winding technique (e.g. for pipes or rollers) and pultrusion (for Profile). Another processing of the once manufactured parts is limited, with the help of tools with a geometrically indefinite cutting edge, namely by grinding. In particular for the machining of workpieces, in where there are special requirements for the design of the surface, e.g. when on the plane - or Autobau to be used workpieces, are primarily grinding procedures used. The shapes are easier to manufacture here Contours, e.g. limits the generation of grooves, phases etc.

Geeignete Zerspanungsverfahren für Kompositmaterialien sind derzeit kaum bekannt. Dies bedeutet, dass Werkzeuge mit geometrisch bestimmter Schneide selten bei der Bearbeitung von Faserverbundwerkstoffen eingesetzt werden. Bekannt ist als Spezialfall ein Fräsen, bei dem das Werkzeug gleichzeitig vibriert. Bekannt ist auch, dass Bohrungen gesetzt werden können. Sowohl bei diesem Fräsen als auch beim Setzen der Bohrungen wird häufig der Faserverbund beschädigt. Dies bedeutet, dass das Werkstück nachbearbeitet werden muss. Ist eine Nachbearbeitung nicht möglich, wird das Werkstück sogar zu Ausschuss.suitable Cutting process for Composite materials are currently barely known. This means that Tools with a geometrically defined edge are rarely used during machining used by fiber composites. Known as a special case a milling, where the tool vibrates at the same time. It is also known that Drilling can be set. Both in this milling as well as when setting the holes often the fiber composite is damaged. This means that the workpiece must be reworked. If a post-processing is not possible, will the workpiece even to committee.

Es gibt bisher keine Technik, wie ein Werkstück aus einem Faserverbundwerkstoff so bearbeitet werden kann, dass nicht regelmäßig Beschädigungen der Fasern auftreten, die ein Ausfransen zur Folge haben. So wäre es wünschenswert, wenn zumindest Bohrungen in Faserverbundwerkstoffe zuverlässig gesetzt werden könnten. Darüber hinaus wäre es sinnvoll, wenn auch Gewinde in Faserverbundwerkstoffe schneidbar wären, oder wenn gar allgemein dreidimensionale Gestaltungen des Faserverbundwerkstoffs ermöglicht werden würden.It So far there is no technology, such as a workpiece made of a fiber composite material can be processed so that there is no regular damage to the fibers, which cause a fraying. So it would be desirable if, at least Holes in fiber composites could be reliably set. In addition, it would be useful although threads in fiber composites could be cut, or if in general three-dimensional designs of the fiber composite material allows would become.

Dementsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks aus einem Faserverbundwerkstoff bereitzustellen, das erweitere Möglichkeiten der Gestaltung des Werkstücks bietet.Accordingly It is an object of the invention to provide a method for processing a workpiece from a fiber composite material, the extended possibilities the design of the workpiece offers.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß erfolgt somit eine Fräsbearbeitung, eine Bohrbearbeitung oder eine Gewindeschneidbearbeitung des Werkstücks mit Hilfe eines Werkzeugs mit einer geometrisch bestimmten Schneide, die einen Schnittwinkel von kleiner als 10° aufweist.The The object is achieved by a method according to claim 1. According to the invention thus takes place a milling, a drilling or tapping the workpiece with Help of a tool with a geometrically determined cutting edge, which has a cutting angle of less than 10 °.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein aus der DE 10 2005 048 691 bekanntes Werkzeug, welches dort zur Bearbeitung abrasiver Materialien (Granit, Marmor, Beton, Keramik, keramische Gläser etc.) verwendet wird, auch zum Bearbeiten von Werkstücken aus Faserverbundwerkstoff verwendbar ist.The invention is based on the finding that one of the DE 10 2005 048 691 Known tool, which is there for the processing of abrasive materials (granite, marble, concrete, ceramic, ceramic glasses, etc.) is used, also for processing workpieces made of fiber composite material is used.

Im Detail kann das Werkzeug genau so aussehen wie in der DE 10 2005 048 691 . So kann der Schnittwinkel der Schneide des verwendeten Werkzeugs in einem Bereich von zwischen 4° und 6° liegen. Das verwendete Werkzeug kann einen Drallwinkel aufweisen, der größer als 35° ist und vorzugsweise in einem Bereich zwischen 40° und 41° liegt. Zudem kann das verwendete Werkzeug zumindest im Bereich der Schneide eine kristalline Diamantbeschichtung aufweisen, welche vorzugsweise eine Korngröße von 20 nm bis 100 nm und eine Schichtdicke von 15 nm bis 30 nm aufweist.In detail, the tool can look exactly like the one in the DE 10 2005 048 691 , Thus, the cutting angle of the cutting edge of the tool used can be in a range of between 4 ° and 6 °. The tool used may have a helix angle which is greater than 35 ° and preferably in a range between 40 ° and 41 °. In addition, the tool used can have, at least in the region of the cutting edge, a crystalline diamond coating, which preferably has a particle size of 20 nm to 100 nm and a layer thickness of 15 nm to 30 nm.

Die Erfindung ermöglicht erstmals bei Werkstücken aus einem Faserverbundwerkstoff eine dreidimensionale Oberflächenformgebung. So kann in das Werkstück mit Hilfe eines Radiusfräsers als Werkzeug eine Reliefstruktur gefräst werden.The Invention allows for the first time on workpieces from a fiber composite material, a three-dimensional surface shape. So can in the workpiece with the help of a radius cutter as a tool a relief structure are milled.

Auch Bohrungen können zuverlässig gesetzt werden, wobei vorliegend bevorzugt nicht der Bearbeitungsschritt des Rohrens eingesetzt wird, sondern der des Fräsens. Es kann ein Schaftfräser als Werkzeug zum Fräsen zumindest eines Grundlochs und/oder zumindest einer Durchgangsbohrung und/oder einer Kreistasche (Zirkularfräsen) in das Werkstück verwendet werden.Also Drilling can reliable are set, wherein present preferably not the processing step of the pipe is used, but the milling. It can be an end mill as Tool for milling at least one base hole and / or at least one through hole and / or a circular pocket (circular milling) into the workpiece be used.

Das Vorhandensein der Fasern in dem Faserverbundwerkstoff kann eine Anpassung des Verfahrens an das verwendete Material notwendig machen. So kann bei einer besonders einfachen Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Fasernschichtfolge auf vorbestimmte Art zum Bearbeitungswerkzeug orientiert wird oder auch die Bewegung des Werkzeugs an den Verlauf der Fasern angepasst ist, z.B. indem Schnitte in Faserrichtung erfolgen.The Presence of the fibers in the fiber composite material may be a Adjusting the procedure to the material used make necessary. Thus it can be provided in a particularly simple embodiment, that the fiber layer sequence in a predetermined manner to the machining tool or the movement of the tool to the course the fibers are adapted, e.g. by making cuts in the fiber direction.

Im Übrigen sind die weiteren Zerspanbedingungen, also die Bearbeitungsparameter bevorzugt geeignet zu wählen.Incidentally, are the further machining conditions, ie the machining parameters preferably suitable to choose.

So kann die Bearbeitung mit einer Schnittbreite erfolgen, welche beim Linearfräsen (Seitenfräsen und Relieffräsen) in einem Bereich von 0,01 mm bis 0,5 mm liegt, vorzugsweise zwi schen 0,01 mm und 0,06 mm liegt. Beim Zirkularfräsen (Fräsen von Grundlöchern, Durchgangslöchern oder Kreistaschen) liegt sie zwischen 0,01 mm und 12 mm und bevorzugt zwischen 5 mm und 7 mm. Diese Schnittbreite ist beim Linearfräsen geringfügig größer als die bei der Bearbeitung von abrasiven Materialien in der DE 10 2005 048 691 bevorzugte und beim Zirkularfräsen bedeutend größer.Thus, the machining can be done with a cutting width, which in the case of linear milling (side milling and relief milling) is in a range of 0.01 mm to 0.5 mm, preferably between 0.01 mm and 0.06 mm. In circular milling (milling of blind holes, through holes or circular pockets) it is between 0.01 mm and 12 mm and preferably between 5 mm and 7 mm. This cutting width is slightly larger in linear milling than in the machining of abrasive materials in the DE 10 2005 048 691 preferred and significantly larger in circular milling.

Die Schnitttiefe kann in einem Bereich von 0,5 mm bis 5 mm liegen, vorzugsweise zwischen 1,5 mm und 2,5 mm. Die Schnitttiefe entspricht hierbei ungefähr der Schnitttiefe bei der Bearbeitung von abrasiven Materialien. Sie kann geringfügig größer sein.The Cutting depth may be in a range of 0.5 mm to 5 mm, preferably between 1.5 mm and 2.5 mm. The depth of cut corresponds approximately to the depth of cut when processing abrasive materials. It can be slightly larger.

Deutliche Unterschiede zur Bearbeitung von Werkstücken aus abrasiven Materialien gibt es bei Schnittgeschwindigkeit und Drehgeschwindigkeit. Die Schnittgeschwindigkeit, also die Geschwindigkeit, mit welcher das Werkzeug gegenüber dem Werkstück bewegt wird, kann zwar auch mindestens 50 m/min. betragen, bevorzugt beträgt sie jedoch mindestens 500 m/min. Sie kann bis zu 3000 m/min. gewählt werden. Auch die Drehgeschwindigkeit, mit der sich das Werkzeug bei der Bearbeitung dreht, kann mindestens 2000 Umdrehungen/Minute betragen und bis zu 60000 Umdrehungen/Minute erreichen. Bevorzugt liegt die Drehgeschwindigkeit zwischen 40000 und 55000 Umdrehungen/Minute.significant Differences to the machining of workpieces made of abrasive materials There are at cutting speed and rotation speed. The Cutting speed, ie the speed with which the Tool opposite the workpiece is moved, although also at least 50 m / min. be, preferably is but at least 500 m / min. It can reach up to 3000 m / min. to get voted. Also, the rotational speed with which the tool in the Machining turns, can be at least 2000 revolutions / minute and reach up to 60000 revolutions / minute. Preferably lies the Rotational speed between 40,000 and 55,000 revolutions / minute.

Die erhöhte Schnittgeschwindigkeit und die erhöhte Drehgeschwindigkeit im Verhältnis zu dem in der DE 10 2005 048 691 beschriebenen Verfahren trägt der erhöhten Härte des Faserverbundwerkstoffs Rechnung.The increased cutting speed and the increased rotational speed in relation to that in the DE 10 2005 048 691 described method takes into account the increased hardness of the fiber composite material.

Eine solche Schnittgeschwindigkeit und eine solche Drehgeschwindigkeit werden bevorzugt in einer Maschine zum Bearbeiten eines Werkstücks aus einem Faserverbundwerkstoff mit einem Werkzeug mit geometrisch bestimmter Schneide, die einen Schnittwinkel von kleiner als 10° aufweist, durch ein geeignetes Bearbeitungsprogramm vorgesehen. Die ansonsten eben falls aus der DE 10 2005 048 691 bekannte Maschine ist somit dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bearbeitungsprogramm vorgesehen ist, dass sich das Werkzeug gegenüber dem Werkstück mit einer Schnittgeschwindigkeit von zwischen 500 m/min. und 3000 m/min. bewegt, und/oder dass sich das Werkzeug mit einer Drehgeschwindigkeit von zwischen 25000 und 60000 Umdrehungen/Minute dreht.Such a cutting speed and such a rotational speed are preferably provided in a machine for processing a workpiece made of a fiber composite material with a tool having a geometrically determined cutting edge, which has a cutting angle of less than 10 °, by a suitable machining program. The otherwise just if from the DE 10 2005 048 691 known machine is thus characterized in that it is provided in the machining program that the tool relative to the workpiece with a cutting speed of between 500 m / min. and 3000 m / min. moves, and / or that the tool rotates at a rotational speed of between 25,000 and 60,000 revolutions / minute.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, insbesondere Beispiele beschrieben. Hierbei wird teilweise Bezug auf die Zeichnung genommen, in derfollowing become preferred embodiments of the invention, in particular examples described. This is partially referenced to the drawing, in the

1 eine schematische Perspektivdarstellung auf ein an einem Werkstück angreifendes Werkzeug ist, 1 FIG. 2 is a schematic perspective view of a tool engaging a workpiece; FIG.

2 jeweils eine schematische Schnittansicht durch Werkzeug beim Eintauchen in ein Werkstück und in vollständig im Werkstück eingetauchter Lage zeigt, und 2 each shows a schematic sectional view through tool when immersed in a workpiece and in fully submersed in the workpiece position, and

3 eine schematische Schnittansicht sowie eine schematische Seitenansicht auf ein in ein Werkstück eintauchendes Werkzeug zur Erläuterung der Fräsgeometrie ist. 3 a schematic sectional view and a schematic side view of a dipping into a workpiece tool to explain the milling geometry is.

In 1 ist in schematischer Perspektivansicht ein an einem Werkstück WE angreifendes Werkzeug WZ in Form eines Umfangsfräsers dargestellt, der im Gegenlauf mit der Winkelgeschwindigkeit ω betrieben wird. v ist die Schnittgeschwindigkeit. Es ist eine Arbeitsebene AE definiert. Ein Schnittwinkel φ ist bestimmt durch die Eingriffsbreite des Werkzeugs WZ und reicht vom Einschneidepunkt – also dem Eintritt einer Schneide des Werkzeugs WZ in das Werkzeug WE in der Arbeitsebene AE – bis zum Austrittspunkt der Schneide aus dem Werkstück WE heraus.In 1 is a schematic perspective view of an attacking on a workpiece WE tool WZ shown in the form of a peripheral cutter, which is operated in the opposite direction to the angular velocity ω. v is the cutting speed. It is defined a working level AE. A cutting angle φ is determined by the engagement width of the tool WZ and extends from the incision point - ie the entry of a cutting edge of the tool WZ in the tool WE in the working plane AE - to the exit point of the cutting edge of the workpiece WE out.

2 zeigt jeweils in einem schematischen Querschnitt das in ein Werkstück WE eintauchende Werkzeug WZ. Links ist das Werkzeug WZ zu Beginn des Eintauchens in das Werkstück WE gezeigt, wobei sich eine Schnittbreite ae des Werkzeugs mit ei nem Vorschub F_Z pro Zahn ändert, um so den Gesamtvorschub F zu ergeben. Der Vorschub F_Z pro Zahn ergibt sich aus der Formel:

wobei v die Geschwindigkeit der Schneide ist, vergleiche 1, ω die Winkelgeschwindigkeit ist, und wobei N die Anzahl der Zähne des Fräsers ist. 2 shows in a schematic cross section in each case the tool WZ dipping into a workpiece WE. On the left, the tool WZ is shown at the beginning of the immersion in the workpiece WE, wherein a cutting width ae of the tool with egg nem feed F _Z per tooth changes, so as to give the total feed F. The feed F _Z per tooth is given by the formula:

where v is the speed of the blade, compare 1 , ω is the angular velocity, and N is the number of teeth of the milling cutter.

In 3 ist ein Drallwinkel λ eines Werkzeugs WZ veranschaulicht, das mit der Schnittbreite ae in der Schnitttiefe ap in ein Werkstück WE eintaucht.In 3 is illustrated a helix angle λ of a tool WZ, which dips with the cutting width ae in the depth of cut ap in a workpiece WE.

Aufgrund einer im Einzelnen in der DE 10 2005 048 691 dargestellten Prozessmodellierung wurde ein Werkzeug WZ ermittelt, dessen Schneiden einen Schnittwinkel φ von kleiner 10° und insbesondere zwischen 4° bis 6° aufweist. Das Werkzeug ermöglicht eine Meißelwirkung auf das zu bearbeitende Werkstück WE, so dass ein sehr kontrollierter Materialbruch erzeugt werden kann. Das Werkzeug WZ umfasst zumindest im Bereich der Schneiden eine kristalline Diamantbeschichtung und insbesondere einen so genannten nanokristallinen Multi- oder Doublelayer mit einer Schichtdicke von 23 μm plus 3 μm sowie einer Korngröße von 20 nm bis 300 nm. Deren Schichtdicke variiert zwischen 15 nm bis 30 nm. Das als Fräse gestaltete Werkzeug WZ weist vorzugsweise einen Drallwinkel λ größer von 35° und insbesondere von 40° bis 41° auf.Because of a detail in the DE 10 2005 048 691 A tool WZ was determined whose process has a cutting angle φ of less than 10 ° and in particular between 4 ° to 6 °. The tool allows a chisel effect on the machined Workpiece WE, so that a very controlled material breakage can be generated. The tool WZ comprises at least in the region of the cutting a crystalline diamond coating and in particular a so-called nanocrystalline multi or Doublelayer with a layer thickness of 23 microns plus 3 microns and a grain size of 20 nm to 300 nm. Their layer thickness varies between 15 nm to 30 nm The tool WZ designed as a milling cutter preferably has a helix angle λ greater than 35 ° and in particular from 40 ° to 41 °.

Ein Werkzeug insbesondere mit dem oben genannten Schnittwinkel der Schneiden kann unterschiedlich ausgestaltet sein. Es ermöglicht völlig verschiedene Arten der Bearbeitung eines Werkstücks aus Faserverbundwerkstoff. Beispielsweise hat sich bei einem Werkstück aus kohlenstofffaserverstärkem Kunststoff ergeben, dass eine Seitenfläche und eine Kreistasche mit einem Vollhartmetallfräser mit einem Durchmesser von 6 mm mit fünf Schneiden gefräst werden können. Das Werkstück kann mit Hilfe eines Radiusfräsers, der einen Durchmesser von 6 mm in einem Zylinder hat, auf dem eine Kugel mit einem Radius von 3 mm aufsitzt, und der eine Diamantbeschichtung hat, mit einem Relief versehen werden. Mit demselben Werkzeug kann auch ein Schriftzug in das Werkstück eingeschrieben werden. Schließlich können Grundlöcher mit einem Durchmesser von 10 mm, oder auch eine Durchgangsbohrung mit einem solchen Durchmesser, mit Hilfe eines Schaftfräsers mit einem Durchmesser von 6 mm und zwei Schneiden mit Diamantbeschichtung durch Fräsen erzeugt werden.One Tool in particular with the above-mentioned cutting angle of the cutting can be configured differently. It allows completely different types of Machining a workpiece Fiber composite material. For example, in a workpiece made of carbon fiber reinforced plastic result in a side surface and a circular pocket with a solid carbide bur with a diameter of 6 mm with five Milled cutting can. The workpiece can with the help of a radius cutter, which has a diameter of 6 mm in a cylinder on which a Ball with a radius of 3 mm is seated, and a diamond coating has to be provided with a relief. With the same tool can also a lettering inscribed in the workpiece. Finally, you can use blind holes a diameter of 10 mm, or a through hole with Such a diameter, with the help of an end mill with a diameter of 6 mm and two blades with diamond coating by milling be generated.

Es erfolgten zu allen Bearbeitungsschritten Testdurchläufe.It Test runs were made for all processing steps.

Bei dem erfolgreichen Testdurchlauf zum Fräsen der Seitenfläche mit dem Vollhartmetallfräser betrug die Schnittgeschwindigkeit v 1036 m/min. Die Drehzahl ω betrug 55000 Umdrehungen/Minute, der Vorschub pro Zahn F_Z betrug 0,005 mm, der Gesamtvorschub F betrug 1320 mm/min., und die Seitenzustellung ae betrug 0,05 mm. Das Fräsen der Seitenfläche erfolgte im Gegenlauffräsen.In the successful test run for milling the side surface with the solid carbide bur, the cutting speed v was 1036 m / min. The rotational speed ω was 55,000 revolutions / minute, the feed per tooth F _Z was 0.005 mm, the total feed F was 1320 mm / min., And the side feed ae was 0.05 mm. The milling of the side surface took place in the counter-milling.

Mit dem gleichen Werkzeug erfolgte das Fräsen einer Kreistasche mit einem Durchmesser von 12 mm. Hierbei betrug die Schnittgeschwindigkeit 848 m/min. bei einer Drehzahl von 45000 Umdrehungen/Minute. Der Vorschub pro Zahn betrug 0,009 mm bei einem Gesamtvorschub von 2000 mm/min. Die Tiefenzustellung pro Umdrehung ap betrug 0,1 mm.With The same tool was the milling of a circular pocket with a Diameter of 12 mm. Here was the cutting speed 848 m / min. at a speed of 45,000 revolutions / minute. Of the Feed per tooth was 0.009 mm with a total feed of 2000 mm / min. The depth feed per revolution ap was 0.1 mm.

Ein Relief konnte in gutem Detail mit dem Radiusfräser in zwei Schritten durchgeführt werden. Zunächst musste das Werkstück geschruppt werden. Beim Schruppen betrug die Schnittgeschwindigkeit 744 m/min., die Drehzahl 40000 Umdrehungen/Minute, der Vorschub pro Zahn ca. 0,01 mm, und der gesamte Vorschub ca. 1600 mm/min. Die Werte für die Vorschübe sind Durchschnittswerte. Der reale Wert schwankt, weil ja eine ausgeprägte Kontur zu erzeugen ist. Die Tiefenzustellung ap betrug 0,5 mm.One Relief could be done in good detail with the radius cutter in two steps. First of all had to the workpiece be scrubbed. When roughing, the cutting speed was 744 m / min., the speed 40000 revolutions / minute, the feed per Tooth about 0.01 mm, and the total feed about 1600 mm / min. The Values for the feeds are average values. The real value fluctuates, because yes, a pronounced contour is to produce. The deep delivery ap was 0.5 mm.

Im Rahmen einer Endbearbeitung wurde das Werkstück geschlichtet. Beim Schlichten wurde ein etwas kleinerer Radiusfräser mit einem Durchmesser von 3 mm und einem Halbkugeldurchmesser von 1,5 mm verwendet. Die Schnittgeschwindigkeit betrug 1036 m/min., die Drehzahl 55000 Umdrehungen/Minute, der Vorschub pro Zahn 0,02 mm und der Gesamtvorschub ungefähr 2200 mm/min. Die Tiefenzustellung betrug 0,2 mm.in the As part of a finishing, the workpiece was finished. When finishing was a slightly smaller radius cutter with a diameter of 3 mm and a hemispherical diameter of 1.5 mm used. The cutting speed was 1036 m / min., The speed 55000 revolutions / minute, the feed per tooth 0.02 mm and the total feed about 2200 mm / min. The Tiefenzustellung was 0.2 mm.

Ein Schriftzug konnte in das Werkstück in einem Arbeitsschritt eingefräst werden. Hierbei betrug die Schnittgeschwindigkeit 848 m/min., die Drehzahl betrug 45000 Umdrehungen/Minute, der Vorschub pro Zahn 0,022 mm und der Gesamtvorschub 2000 mm/min. Die Tiefenzustellung lag wahlweise bei 0,05 mm oder 0,1 mm.One Lettering could in the workpiece milled in one step become. Here, the cutting speed was 848 m / min., The Speed was 45000 revolutions / minute, the feed per tooth 0.022 mm and the total feed 2000 mm / min. The Tiefenzustellung was optionally 0.05 mm or 0.1 mm.

Grundlöcher konnten mit Hilfe eines Schaftfräsers gefräst werden, im Test drei unterschiedliche Grundlöcher. Auch eine Durchgangsbohrung konnte gefräst werden. Bei diesen Fräsvorgängen betrug die Drehzahl 55000 Umdrehungen/Minute. Die Schnittgeschwindigkeit betrug (beim Fräsen der Durchgangsbohrung) 1036 m/min. Beim Fräsen des ersten Lochs betrug der Vorschub pro Zahn 0,05 mm und der Gesamtvorschub 55000 mm/min., und die Tiefenzustellung pro Umdrehung betrug 0,05 mm. Beim zweiten Grundloch betrug der Vorschub pro Zahn 0,1 mm, der Gesamtvorschub 11000 mm/min. und die Tiefenzustellung pro Umdrehung 0,05 mm. Beim dritten Grundloch betrug der Vorschub pro Zahn 0,02 mm und der Gesamtvorschub 2200 mm. Auch hier betrug die Tiefenzustellung pro Umdrehung 0,05 mm. Bei der Durchgangsbohrung betrug der Vorschub pro Zahn 0,021 mm und der Gesamtvorschub 2300 mm. Bei einer Schnittbreite von 5 mm betrug die Tiefenzustellung auch hier 0,05 mm.Grundlöcher could with the help of an end miller milled become, in the test three different Grundlöcher. Also a through hole could milled become. In these milling operations was the speed 55000 revolutions / minute. The cutting speed amounted (with the milling the through-hole) 1036 m / min. When milling the first hole was the feed per tooth 0.05 mm and the total feed 55000 mm / min., and the depth feed per revolution was 0.05 mm. At the second time Blind hole was the feed per tooth 0.1 mm, the total feed 11000 mm / min. and the depth infeed per turn 0.05 mm. At the third hole was the feed per tooth 0.02 mm and the total feed 2200 mm. Again, the Tiefenzustellung per revolution was 0.05 mm. In the through hole, the feed per tooth was 0.021 mm and the total feed 2300 mm. At a cutting width of 5 mm, the depth delivery was also 0.05 mm here.

Insgesamt hat sich bei Testversuchen ergeben, dass sowohl beim Fräsen von freien Flächen, also bei der 3D-Bearbeitung, z. B. zum Erzeugen von Reliefs in Werkstücken, wie auch beim Fräsen von Grundlöchern und beim Durchgangsbohren die Schnittgeschwindigkeit bis zu 2000 m/min. erreichen kann, die Drehzahl bis zu 60000 Umdrehungen/Minute erreichen kann, der Vorschub pro Zahn bis zu 0,5 mm erreichen kann, der Gesamtvorschub bis zu 3000 mm/min. erreichen kann, die Tiefenzustellung 0,5 mm betragen kann und die Schnittbreite beim Durchgangsbohren 5 mm betragen kann.All in all has emerged in test trials that both when milling free surfaces, so in the 3D processing, z. B. for generating reliefs in workpieces, such as also when milling from basic holes and in through-hole drilling the cutting speed up to 2000 m / min. can reach the speed up to 60000 revolutions / minute which can reach feed per tooth up to 0.5 mm, the total feed rate up to 3000 mm / min. can reach, the Tiefzusustellung 0.5 mm and the cutting width of the through hole 5 mm can amount.

Ein Gewindeschneiden hat sich als durchführbar erwiesen, wenn darauf geachtet wird, dass die Faserstruktur geeignet liegt.Tapping has proven to be feasible if care is taken to ensure that the fiber structure is suitable.

Durch die Erfindung wird zunächst schon einmal der Vorteil erreicht, dass bei bereits bestehenden Anwendungen eine deutlich verringerte Ausschussquote bzw. ein geringerer Nacharbeitsaufwand erreicht wird. Dadurch werden Kosten gesenkt, und die Produktivität wird im Vergleich zu konventionellen Verarbeitungsverfahren bei Werkstücken aus Faserverbundwerkstoffen erhöht.By the invention will be first ever reached the advantage that with existing ones Applications a significantly reduced reject rate or a lower Reworking effort is achieved. This will reduce costs, and the productivity is compared to conventional processing methods workpieces increased from fiber composites.

Durch die Erfindung ist es erstmals möglich, beliebige Freiflächen auf Werkstücken aus Kompositmaterialien herzustellen. Die Freiheit und Flexibilität bezüglich der Oberflächen- bzw. Werkstückgestaltung wird dabei deutlich erhöht, und dies bei geringen Fertigungszeiten. Dadurch, dass der Verbundwerkstoff im Verbundzustand bearbeitet werden kann, ist eine spätere Veränderung des Schrumpfungsprozesses beim Härten des Verbundes ausgeschlossen. Somit können insbesondere Funktionsmaße durch Fräsprozesse oder auch durch Bohrprozesse exakt festgelegt werden. Insgesamt wird das Spektrum von Anwendungsmöglichkeiten deutlich erweitert. So wird durch das neue Hochgeschwindigkeitsfräsen von Kompositmaterialien in der Regel eine sehr glatte Oberfläche erzeugt, und es werden keine Faserverletzungen gesehen. Es entstehen neue Einsatzmöglichkeiten im Bereich der Flugzeugindustrie, der Autoindustrie, in der optischen Industrie und schließlich auch bei der Werkzeugherstellung, z.B. von Walzen.By the invention is possible for the first time, any areas on workpieces to produce from composite materials. The freedom and flexibility regarding the Surfaces- or workpiece design is increased significantly, and this with low production times. By doing that, the composite material can be processed in compound state, is a later change the shrinkage process during curing excluded from the association. Thus, in particular functional dimensions can be achieved by milling processes or exactly determined by drilling processes. All in all the range of application options is significantly expanded. So is the new high-speed milling of composite materials usually produces a very smooth surface, and it will no fiber injuries seen. There are new applications in the field of the aircraft industry, the auto industry, in the optical Industry and finally too in toolmaking, e.g. of rolls.

Die insgesamt erreichte hohe Fertigungsqualität, nämlich die Oberflächenqualität und Maßgenauigkeit der bearbeiteten Werkstücke führt dazu, dass Zwischenschritte der Bearbeitung vor dem Härten des Faserverbundstoffs bei seiner Produktion angespart werden können. An das Ausgangsmaterial müssen geringere Anforderungen gestellt werden, was die Genauigkeit der Form anbelangt. Betrachtet man die Fertigungszeit insgesamt, also Herstellung des Werkstücks und Bearbeitung des Werkstücks, so wird durch das vorliegende Verfahren eine Verkürzung erzielt.The Overall, high production quality achieved, namely the surface quality and dimensional accuracy the machined workpieces leads to Intermediate steps of machining before curing the fiber composite can be saved in his production. At the starting material must lower Requirements are made as far as the accuracy of the form is concerned. If one considers the production time altogether, thus production of the workpiece and machining the workpiece, Thus, a shortening is achieved by the present method.

Die Erfindung ermöglicht auch neuartige Fertigungstechniken, z.B. solche, bei denen mehrere Kompositschichten nach einer Zwischenbearbeitung der Kontaktflächen aufeinander angebracht werden und zu neuen, noch festeren und gleichzeitig zäheren Konstruktionen verwendet werden.The Invention allows also novel production techniques, e.g. those where multiple composite layers after an intermediate processing of the contact surfaces mounted on each other and new, even firmer and tougher constructions be used.

Claims

Method for processing a workpiece (WE) made of a fiber composite material, in particular a fiber-plastic composite, characterized in that the workpiece (WE) a milling, drilling or tapping with the aid of a tool (WZ) subjected to a geometrically determined cutting edge becomes, which has a cutting angle (φ) of less than 10 °.

Method according to claim 1, characterized in that the cutting angle (φ) the cutting edge of the tool used in an area between 4 ° and 6 °.

Method according to claim 1 or 2, characterized the tool used has a helix angle (λ) which is greater than 35 ° is and preferably in a range between 40 ° and 41 °.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the tool used at least in the field the cutting edge has a crystalline diamond coating which preferably a grain size of 20 nm to 100 nm and a layer thickness of 15 nm to 30 nm.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized that in the workpiece (WE) with the help of a radius cutter as a tool a relief structure is milled.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized that in the workpiece (WE) with the help of an end miller as a tool at least one blind hole and / or at least one through hole milled becomes.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the machining with a cutting width (ae) which is at least 0.01 mm and for linear milling up to 0.5 mm and achieved in circular milling up to 12 mm.

Method according to one of the preceding claims, dadur h characterized in that the processing with a depth of cut (ap) takes place, which is in a range of 0.5 mm to 5 mm, and preferably between 1.5 mm and 2.5 mm.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the editing with a cutting speed (v), with which the tool (WZ) opposite the workpiece (WE) is moved, which is at least 50 m / min. and preferably at least 500 m / min. is and less than 3000 m / min. is.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that during machining the tool (WZ) with a rotational speed (ω) of more than 2000 revolutions / minute and less than 60,000 revolutions / Mi turns and rotates preferably at a rotational speed (ω) of between 40,000 and 55,000 revolutions / minute.

Machines for machining a workpiece (WE) made of a fiber composite material with a tool (WZ) with geometric certain cutting edge, which has a cutting angle of less than 10 °, the machine being controlled by a control unit using a machining program is controllable, characterized in that in the machining program is provided that the tool (WZ) against the workpiece (WE) with a cutting speed (v) of between 500 m / min. and 3000 m / min. moves and / or the tool (WZ) at a rotational speed (ω) of between 25,000 and 60,000 revolutions / minute turns.