DE69324257T2

DE69324257T2 - Verfahren zum Bearbeiten von Verbundwerkstoffen

Info

Publication number: DE69324257T2
Application number: DE69324257T
Authority: DE
Inventors: Anders S-811 61 Sandviken Thelin
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik AB
Priority date: 1992-09-15
Filing date: 1993-05-19
Publication date: 1999-07-08
Anticipated expiration: 2013-05-20
Also published as: US5816755A; DE69324257D1; DE69314227D1; SE9202658L; SE9202658D0; DE69314227T2; JPH07276123A; EP0661124B1; SE507954C2; EP0661124A2; US5934847A; JP3614871B2; EP0661124A3; JP2003181713A

Description

Verfahren zum Bearbeiten von Verbundwerkstoffen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten und Formen einer Durchgangsöffnung in einem faserverstärkten Verbundwerkstoff.
Die internationale Patentanmeldung WO-A-93/23 200 (EP-A-0 641 272, Stand der Technik nach Artikel 54/3 EPC) beschreibt ein Verfahren zum Bearbeiten und Formen einer Durchgangsöffnung mit zerstörungsfreien Kanten in einem faserverstärkten Verbundwerkstoff mit hoher Genauigkeit, indem man einen rotationssymmetrischen Schleifkörper in einem vorgeformten Loch plaziert, wobei der Verbundwerkstoff in solcher Weise ausgerichtet wird, daß die Rotationsachse des Schleifkörpers im wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung der Fasern an der Kante der Öffnung ist. Die Öffnung wird durch den Schleifkörper bearbeitet und geformt, der teilweise um seine eigene Achse rotiert, teilweise eine kreisende Bewegung in bezug auf die Kante der Öffnung ausführt. Das Schleifwerkzeug kann auch zur Vorformung der Öffnung benutzt werden.
Es zeigte sich nun, daß durch Verwendung eines Schleifkörpers signifikant höhere Schneidgeschwindigkeit, geringere Wärmeentwicklung und bessere Bearbeitungswirtschaftlichkeit erhalten werden können. Dies wurde durch die Merkmale des Anspruches 1 erreicht. Durch Verwendung einer sogenannten Bohrfräse kann die gesamte Operation mit nur einem Werkzeug durchgeführt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben, die keine Ausführungsformen der Erfindung darstellt, aber Beispiele zeigt, die für das Verständnis der Erfindung brauchbar sind.
Die Fig. 1 und 2 erläutern, wie eine Durchgangsöffnung in einer faserverstärkten Verbundwerkstoffplatte unter Verwendung eines rotationssymmetrischen Schleifkörpers gemäß der Erfindung geformt wird. In Fig. 1 ist 1 ein faserverstärktes Laminat, 2 ein vorgeformtes Loch, 3 ein Schleifkörper, 5 die Rotationsachse des Schleifkörpers, und bedeutet 6 Störungen und/oder Defekte.
Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht eines Fräsers, der mit Einsätzen nach der Erfindung versehen ist, und Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf den Fräser von Fig. 3. In Fig. 3 und 4 sind 10 der Schleifkörper, 11 ein Einsatz, 12 ein mittiges Loch in dem Einsatz, 13 eine Seitenoberfläche, 14 eine Freifläche und 15 eine Kantenoberfläche.
Das Verfahren ist für den Fall beschrieben, daß der Werkstoff in Form einer ebenen Platte 1, eines Laminats vorliegt, das aus einer Anzahl von Lamellen aufgebaut ist, die zusammenhängende Faserverstärkungen enthalten, wobei die Lamellen übereinandergestapelt sind. Die Fasern liegen in Ebenen parallel zu der Ebene des Laminats ausgerichtet, wobei die Faserrichtungen 0º, 90º, 45º und -45º sind. Eine Öffnung 2 in dem Laminat wird zunächst beispielsweise durch Bohren geformt. Dabei treten häufig Zerstörungen und/oder andere Fehler 6 an der Kante der Öffnung auf. In dem vorgeformten Loch 2 wird ein rotationssymmetrischer Schleifkörper 3 angeordnet. Hierbei wird das Laminat in solcher Weise ausgerichtet, daß die Rotationsachse des Schleifkörpers 5 senkrecht zu der Längsrichtung der Fasern, d. h. senkrecht zu der Ebene des Laminats, liegt. Die Öffnung 2 wird durch den Schleifkörper 3 bearbeitet, der teilweise um seine eigene Achse 5 rotiert und teilweise eine Translationsbewegung in bezug auf die Kante der Öffnung 2 ausführt, so daß Zerstörungen und andere Fehler 6 entfernt werden. Die Größe und/oder Form der fertigen Öffnung unterscheidet sich wesentlich von jener des vorgeformten Loches 3.
Der Schleifkörper ist zweckmäßig ein sogenannter Fräser aus Schnellarbeitsstahl, kompaktem Sintercarbid oder mit angelöteten oder wendbaren Einsätzen aus Sintercarbid, Carbonitridlegierung auf Titanbasis, sogenanntem Cermet oder Keramik. Der Fräser (wenn Schnellarbeitsstahl oder Sintercarbid) oder die Einsätze sind vorzugsweise mit wenigstens einer dünnen Schicht eines verschleißbeständigen Materials nach an sich bekannten CVD- und PVD-Methoden, wie mit TiC, TiN und/oder Al&sub2;O&sub3;, beschichtet. Eine dünne Diamantschicht ist besonders geeignet. Die Gesamtdicke der Schicht ist < 20 um, vorzugsweise 2 bsi 10 um.
Zur Herstellung größerer Öffnungen ist ein Fräser mit den in der Fig. 3 und 4 gezeigten Gestaltung besonders geeignet. Er besteht aus einem Schleifkörper 10, der mit entfernbaren Einsätzen 11 ausgestattet ist. Die Einsätze 11 sind in dem gezeigten Fall mit einem mittigen Loch 12 durch den Einsatz versehen, worin eine (nicht gezeigte) Verankerungsschraube mit Gewinde eingefügt ist, um den Einsatz zu verklammern. Beim Bearbeiten rotiert der Fräser entgegen dem Uhrzeigersinn in Fig. 4, wobei die Seitenoberfläche des Einsatzes 13 die Freifläche der Schneidkante 14 bildet und die Kantenoberfläche 15 die Spanfläche der Schneidkante bildet. Eine Einzahl von Einsätzen 11 ist bei der gezeigten Ausführungsform in Längsrichtung des Fräskörpers 10 spiralförmig angeordnet. Vier solcher Spiralen sind gleichmäßig um den Umfang des Fräskörpers 10 verteilt.

Claims

1. Verfahren zum Bearbeiten und Formen einer Durchgangsöffnung in einem faserverstärkten Verbundwerkstoff (1) mit zerstörungsfreien Kanten durch eine Bearbeitungsoperation, wobei ein rotationssymmetrischer Schleifkörper (3) in Anlage an den Verbundwerkstoff gebracht wird, indem er teils um seine eigene Achse (5) rotiert, mit den Stufen, in denen man

A. den Körper in der Form eines bohrenden Stirnfräsers mit einem kleineren Durchmesser als die fertige Öffnung vorsieht, der einen eine Längsrotationsachse definierenden Körper und mehrere gleichmäßig auf einem Außenumfang des Körpers, der sich allgemein spiralförmig um die Rotationsachse erstreckt, angeordnete Schneidkanten hat,

B. ein Anfangsloch (2) in dem Verbundwerkstoff durch Rotieren des Stirnfräsers bildet und den Stirnfräser in Schneidanlage an dem Verbundwerkstoff bringt, wobei die Rotationsachse im wesentlichen senkrecht zu einer Längsrichtung von Verstärkungsfasern ausgerichtet wird, die an einer Kante des Anfangsloches angeordnet sind, und wobei die Kante der Anfangsöffnung Zerstörungen oder Defekte (6) besitzt, die eine radiale Ausbreitung haben, danach

C. den Stirnfräser entlang der Kante des Anfangsloches bewegt, während man den Stirnfräser um die Rotationsachse dreht, wobei die Rotationsachse radial von der Mittelachse des Anfangsloches aus versetzt wird und wobei die Schneidkanten in Kontakt mit der Kante des Anfangsloches kommen, um so das Anfangsloch zu einer fertigen Öffnung zu vergrößern, und wobei sich die Größe und/oder Geometrie der fertigen Öffnung wesentlich von jenen des Anfangsloches unterscheidet, und

D. die Stufe C so durchführt, daß man eine Menge des Verbundwerkstoffes entfernt, wobei eine untere Grenze dieser entfernten Menge durch die radiale Ausbreitung der Zerstörungen oder Defekte begrenzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifkörper (3) mit Einsätzen (11) aus Sintercarbid versehen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifkörper (3) mit Einsätzen (11) aus Keramik ausgestattet ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsätze (11) mit wenigstens einer dünnen Schicht von verschleißbeständigem Material beschichtet sind.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsätze mit wenigstens einer dünnen Diamantschicht beschichtet sind.