Hoewel vezelcomposieten vliegtuigen lichter maken zijn ze moeilijk te bewerken. Gereedschappenleverancier C6 Composite Tooling en coatingpartner Oerlikon Balzers hebben aangetoond hoe de standtijd van gereedschappen kan worden verdrievoudigd en de gereedschapskosten gehalveerd in het complexe boorproces voor composietonderdelen. Dit dankzij een allround pakket gereedschappen en de CVD-diamantcoating BALDIA COMPOSITE DC die is ontwikkeld voor luchtvaart- en ruimtevaartklant FACC.
Koolstofvezel versterkte kunststoffen (CFRP’s) helpen de vliegtuigbouwindustrie naar steeds grotere hoogten te stijgen. Pioniers als de Airbus A350 en de Boeing 787 Dreamliner hebben de hoeveelheid vezelcomposieten al lang opgevoerd van 30 tot 50% en dat cijfer groeit nog steeds. Kosteneffectieve bewerking van CFRP-componenten is dus een voortdurende kwestie die nu en in de toekomst een stimulans zal zijn voor toonaangevende toeleveranciers in de lucht- en ruimtevaart, zoals het Oostenrijkse bedrijf FACC.
Toleranties van slechts tien micrometer
Het potentieel voor deze optimalisatie komt gedeeltelijk voort uit de honderdduizenden gaten die moeten worden geboord om onderdelen van passagiersvliegtuigen te assembleren. Sommige worden geboord met halfautomatische precisiebooreenheden, andere met CNC-machines of boorrobots die de flexibiliteit hebben om zich aan te passen aan de romp of andere onderdelen en die zich verplaatsen met behulp van automatische programma’s. Om de gaten te maken boren de gereedschappen door materiaal tussen 11 en 25 mm dik met toleranties van slechts tien micrometer. Deze zeer abrasieve bewerking stelt extreme eisen aan de gereedschappen. In tegenstelling tot metalen zijn CFRP-composieten niet homogeen en hebben zij verschillende vezel- en coatingstructuren die met grote nauwkeurigheid moeten worden doorboord zonder dat het oppervlak barst.
C6 Composite Tooling is gespecialiseerd in het aangaan van dit soort uitdagingen. Zij bieden allround oplossingen voor de bewerking van lichtgewicht materialen. Voor FACC hebben zij een geoptimaliseerd bewerkingsproces ontwikkeld waaronder gereedschappen voor het boren in winglets. Dat zijn verlengstukken van vleugeltips die de luchtweerstand verminderen en helpen het brandstofverbruik, de emissies en het lawaai tot een minimum te beperken.
Van 80 tot 250 gaten
C6 kreeg de opdracht om het bestaande boorproces te verbeteren, waarbij gebruik werd gemaakt van een dure gereedschapsoplossing maar de levensduur van het gereedschap bedroeg slechts 80 gaten. De doorbraak kwam er toen coatingpartner Oerlikon Balzers zich ermee ging bemoeien. Zij werkten samen met C6 om verschillende gereedschapssubstraten, gereedschapsgeometrieën, productieomstandigheden en procesparameters te testen en aan te passen aan de diamantcoating BALDIA COMPOSITE DC. De nanokristallijne CVD coating, speciaal ontwikkeld voor het bewerken van composietmaterialen, heeft een zeer hoge abrasieve slijtvastheid en maakt optimale procesbetrouwbaarheid en boren van topkwaliteit mogelijk. In het gebruik leverde het uitstekende resultaten op: eenmaal gecoat verdrievoudigde de one-shot boor de standtijd meer dan tot 250 gaten en werden de gereedschapskosten meer dan gehalveerd.
‘De intensieve, nauwe samenwerking was van cruciaal belang voor de ontwikkeling van de optimale productsamenstelling met het substraat, de voorbehandeling en de coating. Zonder de coating hadden we geen kosteneffectief boorproces kunnen realiseren’, zegt Sebastian Herkert van C6. Andreas Mayer, Automation Technology Engineer bij FACC, vult aan: ‘De gereedschappen en coatings werken in alle toepassingen, zowel op halfautomatische booraanvoerunits als op CNC-machines. Natuurlijk zijn we blij met de hoge kosteneffectiviteit van de boortoepassing, evenals de snelle gereedschapswissels en andere bewerkingstijden. Dit helpt ons onze belangrijkste doelstellingen te bereiken’.