DE69314227T2

DE69314227T2 - Verfahren zum Bearbeiten von Verbundwerkstoffen

Info

Publication number: DE69314227T2
Application number: DE69314227T
Authority: DE
Inventors: Anders Thelin
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Priority date: 1992-09-15
Filing date: 1993-05-19
Publication date: 1998-01-29
Anticipated expiration: 2013-05-20
Also published as: JP3614871B2; SE9202658D0; DE69324257D1; EP0661124A3; SE507954C2; EP0661124B1; SE9202658L; DE69324257T2; EP0661124A2; JP2003181713A; US5816755A; DE69314227D1; JPH07276123A; US5934847A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung und Formung einer Durchgangsöffnung in einem faserverstärkten Verbundwerkstoff.
Die Internationale Anmeldung WO 93/23200, (Stand der Technik gemäß Art. 54 (3) EPÜ), beschreibt ein Verfahren zur Bearbeitung und Formung einer Durchgangsöffnung mit unbeschädigten Kanten in einem Verbundwerkstoff mit hoher Präzision, indem man einen rotationssymmetrischen Schleifkörper in einem vorgeformten Loch plaziert, wobei der Verbundwerkstoff in einer solchen Weise ausgerichtet ist, daß die Drehachse des Schleifkörpers im wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung der Fasern an der Kante der Öffnung ist. Die Öffnung wird teils bearbeitet und geformt, indem der Schleifkörper um seine eigene Achse herum gedreht wird, teils, indem in bezug auf die Kante der Öffnung eine Umlaufbewegung durchgeführt wird. Das Schleifen ist aber ein langsamer Vorgang mit einigen Beschränkungen im Hinblick auf seinen effektiven wirtschaftlichen Nutzen bei solch einem Verfahren.

Ziele und Zusammenfassung der Erfindung

Es ist ein Ziel dieser Erfindung, die Probleme nach dem Stand der Technik zu vermeiden oder zu mildern.
Es ist weiter ein Ziel dieser Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Bearbeitung und Formung einer Durchgangsöffnung in einem faserverstärkten Verbundwerkstoff bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zur Bearbeitung und Formung einer Durchgangsöffnung in einem faserverstärkten Verbundwerkstoff ausgehend von einem vorgeformten Loch, indem man einen darin angeordneten rotationssymmetrischen Werkzeugkörper mit wesentlich kleinerem Durchmesser als jener des vorgeformten Loches verwendet und die Öffnung durch diesen Körper bearbeitet und formt, der teils um seine eigene Achse rotiert und teils eine Translationsbewegung in bezug auf die Kante der Öffnung durchführt, wobei das faserverstärkte Material derart ausgerichtet ist, daß die Rotationsachse des Körpers im wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung der Fasern an der Kante der Öffnung ist und die Größe und/oder Geometrie der fertigen Öffnung sich wesentlich von denen des vorgeformten Loches unterscheiden, wodurch die radiale Ausdehnung der Verletzungen und/oder Fehler, die aus der Vorformung des Loches stammen, eine untere Grenze für die Menge von entferntem Material definiert, wobei der rotationssymmetrische Werkzeugkörper ein Fräswerkzeugkörper ist, der mit Schneidkanten versehen ist, welche in Längsrichtung des Fräswerkzeugkörpers spiralförmig angeordnet sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen eine Ausführungsform beispielhaft gezeigt wird. Diese Ausführungsform kann aber innerhalb des Bereiches der Ansprüche modifiziert werden.
Die Figuren 1A, 1B, 2A und 2B erläutern, wie eine Durchgangsöffnung in einer faserverstärkten Verbundplatte unter Verwendung eines rotationssymmetrischen Fräswerkzeugkörpers entsprechend der vorliegenden Erfindung geformt wird.
In den Figuren 1A, 1B, 2A und 2B ist 1 das faserverstärkte Laminat, ist 2 das vorgeformte Loch, ist 3 der Fräskörper, ist 5 die Drehachse des Fräskörpers und ist 6 die Beschädigungen und/oder Fehler. In Figur 2A ist 7 die fertiggestellte Öffnung.
Figur 3 zeigt eine Seitenansicht eines Fräskörpers, der mit für die vorliegende Erfindung nützlichen Einsätzen versehen ist.
Figur 4 zeigt eine Draufsicht auf die Fräse in Figur 3.
In den Figuren 3 und 4 ist 10 der Fräskörper, 11 ein Einsatz, 12 das mittige Loch in einem Einsatz 11, 13 die seitliche Oberfläche eines Einsatzes 11, 14 die Freifläche eines Einsatzes 11 und 15 die Kantenoberfläche eines Einsatzes 11.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung

Es hat sich nun herausgestellt, daß durch Verwendung eines Fräskörpers statt eines Schleifwerkzeuges eine deutlich höhere Schneidgeschwindigkeit, weniger Hitzeerzeugung sowie bessere Bearbeitungswirtschaftlichkeit erreicht werden können.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun ein verbessertes Verfahren zum Bearbeiten und Formen einer Durchgangsöffnung in einem faserverstärkten Verbundwerkstoff bereitgestellt. Das Verfahren wird für den in den Figuren 1A, 1B, 2A und 2B gezeigten Fall beschrieben, wobei däs Material in Form einer ebenen Platte 1 vorhanden ist, einem Laminat, das sich aus einer Anzahl von Schichten zusammensetzt, die zusammenhängende Faserverstärkungen enthalten, wobei die Schichten jeweils übereinander geschichtet sind. Die Fasern liegen in parallel zu der Ebene des Laminats ausgerichteten Ebenen, wobei die Faserrichtungen 0º, 90º, 45º und -45º sind. Eine Öffnung 2 in dem Laminat wird, zum Beispiel, zuerst durch Bohren geformt. Beschädigungen und/oder andere Fehler 6 treten häufig an der Kante der Öffnung auf. In dem vorgeformten Loch 2 wird ein rotationssymmetrischer Fräskörper 3 plaziert. Das Laminat wird in einer solchen Weise ausgerichtet, daß die Drehachse 5 des Fräskörpers senkrecht zu der Längsrichtung der Fasern in der Platte 1 sind, d.h. senkrecht zu der Ebene des Laminats. Die Öffnung 2 wird durch den Fräskörper 3 teils durch Drehen um seine eigene Achse 5 und teils durch Durchführung einer Translationsbewegung in bezug auf die Kante der Öffnung 2 bearbeitet, so daß die aus dem Formen der Öffnung 2 resultierende Beschädigung und andere Fehler 6 entfernt werden. Die Größe und/oder Form der fertiggestellten Öffnung 7 unterscheidet sich wesentlich von der des vorgeformten Loches 2. Während die fertiggestellte Öffnung jede gewünschte Form und Größe haben kann, wird die Bearbeitung mit dem Fräskörper durchgeführt, um zumindest die Beschädigung oder andere Fehler 6 zu entfernen.
Der Fräskörper ist passenderweise ein sogenanntes Fräswerkzeug aus Schnelldrehstahl, massivem Sinterkarbid oder ist mit hartgelöteten oder Wende-Einsätzen aus Sinterkarbid, Carbonitridlegierung auf Titanbasis (sogenanntem Cermet) oder Keramik ausgestattet. Solche Einsätze sind nach dem Stand der Technik bekannt, und Einsätze dieser Art können verwendet werden. Der Fräskörper (wenn aus Schnelldrehstahl oder Sinterkarbid) oder die Einsätze sind bevorzugt mit wenigstens einer Schicht eines verschleißfesten Materials überzogen, wie etwa TiC, TiN und/oder Al&sub2;O&sub3;, das auf die nach dem Stand der Technik bekannten Weise durch die bekannten CVD- und PVD-Verfahren aufgebracht wird. Eine dünne Diamantschicht ist ein besonders geeigneter Überzug. Die Gesamtdicke der Überzugsschicht ist 20 µm, vorzugsweise 2-10 µm.
Alternativ dazu enthält der Fräskörper einen oder mehrere Diamantkörper, oder seine Einsätze sind diamantbesetzt.
Besonders geeignet zur Verwendung bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ist das sogenannte Bohrmfräsen, wobei der ganze Vorgang mit nur einem einzigen Werkzeug durchgeführt werden kann.
Um größere Öffnungen herzustellen, ist besonders ein Fräswerkzeug mit der in den Figuren 3 und 4 gezeigten Form geeignet. Dieses Fräswerkzeug ist ein Fräskörper 10, der mit entfernbaren Einsätzen 11 ausgestattet ist. Die Einsätze 11 können mit einem mittigen Loch 12 durch den Einsatz versehen sein, wobei ein mit Gewinde versehener Blockierstift (nicht gezeigt) eingeführt wird, um den Einsatz 11 festzuklemmen. Beim Bearbeiten dreht sich das Fräswerkzeug entgegen dem Uhrzeigersinn in Figur 4, wodurch die seitliche Oberfläche 13 des Einsatzes 11 die Freifläche der Schneidkante 14 bildet und die Kantenoberfläche 15 die Kante der Spanfläche des Einsatzes bildet. Eine Reihe von Einsätzen 11 in der gezeigten Ausführungsform ist in einem spiralförmigen Weg in Längsrichtung des Fräskörpers 10 angeordnet. Vier dieser spiralförmigen Wege sind gleichmäßig um den Umfang des Fräskörpers 10 herum verteilt.
Die Prinzipien, bevorzugten Ausführungsformen und Betriebsarten der vorliegenden Erfindung wurden in der vorstehenden Beschreibung beschrieben. Die Erfindung, welche hiermit geschützt werden soll, ist jedoch nicht als besonders auf die beschriebenen Formen beschränkt konstruiert, da diese eher als veranschaulichend als als beschränkend zu verstehen sind. Variationen und Veränderungen können durch Fachleute innerhalb des Erfindungsgedankens erfolgen.

Claims

1. Verfahren zur Bearbeitung und Formung einer Durchgangsöffnung in einem faserverstärkten Verbundwerkstoff (1) ausgehend von einem vorgeformten Loch (2), indem man einen darin angeordneten rotationssymmetrischen Werkzeugkörper (3) mit wesentlich kleinerem Durchmesser als jener des vorgeformten Loches (2) verwendet und die Öffnung (2) durch diesen Körper (3) bearbeitet und formt, der teils um seine eigene Achse (5) rotiert und teils eine Translationsbewegung in Bezug auf die Kante der Öffnung durchführt, wobei das faserverstärkte Material (1) derart ausgerichtet ist, daß die Rotationsachse des Körpers (5) im wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung der Fasern an der Kante der Öffnung (2) ist und die Größe und/oder Geometrie der fertigen Öffnung sich wesentlich von denen des vorgeformten Loches unterscheiden, wodurch die radiale Ausdehnung der Verletzungen und/oder Fehler (6), die aus der Vorformung des Loches (2) stammen, eine untere Grenze für die Menge von entferntem Material definiert, wobei der rotationssymmetrische Werkzeugkörper ein Fräswerkzeugkörper ist, der mit Schneidkanten versehen ist, welche in Längsrichtung des Fräswerkzeugkörpers spiralförmig angeordnet sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fräswerkzeugkörper (3) mit Einsätzen (11) aus Sinterkarbid ausgestattet ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fräswerkzeugkörper (3) mit Einsätzen (11) aus Keramik ausgestattet ist.

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

5. Verfahren nach dem vorausgehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsätze mit wenigstens einer dünnen Diamantenschicht überzogen sind.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsätze als Wendeschneidplatten (11) gestaltet sind.