Warum erfordern glasfaserverstärkte Kunststoffe häufigere Werkzeugwechsel?

Warum erfordern glasfaserverstärkte Kunststoffe häufigere Werkzeugwechsel?

Glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) erfordern häufigere Werkzeugwechsel, hauptsächlich aufgrund ihrer stark abrasiven Eigenschaften. Die Glasfasern, die härter sind als die Schneidkante des Werkzeugs, wirken wie Schleifpapier und verursachen einen schnellen Verschleiß durch einen Mechanismus, der als abrasive Werkzeugabnutzung bekannt ist. Dies stellt eine grundlegende Herausforderung bei der Bearbeitung von Verbundwerkstoffen dar.

Hauptgründe für beschleunigten Werkzeugverschleiß

1. Extreme Abrasivität Die in der Kunststoffmatrix eingebetteten Glasfasern sind deutlich härter als selbst Hartmetall-Schneidwerkzeuge. Dieser ständige Hochabriebkontakt stumpft die Schneidkante schnell ab, was zu einem Verlust an Präzision und erhöhten Schnittkräften führt.

2. Unterbrochene Schnittbedingungen Im Gegensatz zu homogenen Metallen wechselt das Werkzeug kontinuierlich zwischen dem Schneiden der weichen Kunststoffmatrix und den harten, spröden Glasfasern. Diese wechselnde Schlagbelastung verursacht Mikroausbrüche an der Schneidkante und beschleunigt den Werkzeugverschleiß über den normalen Abrieb hinaus.

3. Wärmekonzentration an der Schneidkante Während die Kunststoffmatrix wärmeempfindlich ist, wirken die Glasfasern als hervorragende Isolatoren. Dadurch kann Wärme nicht effektiv über das Werkstück abgeleitet werden und konzentriert sich an der Schneidkante des Werkzeugs. Die erhöhte Temperatur kann den Bindemittelfilm des Hartmetalls erweichen, wodurch die Hartstoffkörner leichter herausgelöst werden.

Strategien zur Werkzeugoptimierung gegen Verschleiß

• Werkzeugmaterial: Standard-HSS-Werkzeuge verschleißen sehr schnell. Wir verwenden ausschließlich verschleißfeste Vollhartmetallwerkzeuge oder – für lange Produktionsläufe – noch fortschrittlichere polykristalline Diamantwerkzeuge (PCD), da PCD die höchste Abrasionsbeständigkeit bietet.

• Werkzeuggeometrie: Die Werkzeuge verfügen über spezielle Geometrien mit stark positivem Spanwinkel und polierten Spannuten für sauberes Schneiden – ein entscheidender Faktor bei der Bearbeitung verschiedener CNC-bearbeiteter Kunststoffe.

• Beschichtung: Beschichtungen tragen zur Reduzierung von Wärme und Reibung bei, jedoch muss das Grundmaterial des Werkzeugs selbst extrem verschleißfest sein, um den Glasfasern standzuhalten.

Betriebliche Empfehlung

Um die Standzeit von Werkzeugen bei der Bearbeitung von glasfaserverstärkten Kunststoffen zu maximieren, ist eine Kombination aus der Wahl des richtigen Werkzeugmaterials (Hartmetall oder PCD) und der Optimierung der Bearbeitungsparameter entscheidend. Höhere Vorschubgeschwindigkeiten können helfen, die Fasern zu schneiden statt zu reiben, müssen jedoch sorgfältig gegen das Risiko der Delamination abgewogen werden. In unserem Prototyping-Service und der Kleinserienfertigung implementieren wir ein strenges Werkzeugüberwachungs- und Wechselprogramm als Standardverfahren, um die Teilequalität und Konsistenz bei der Bearbeitung dieser anspruchsvollen Materialien sicherzustellen.