{"id":6868,"date":"2026-05-15T08:38:50","date_gmt":"2026-05-15T08:38:50","guid":{"rendered":"https:\/\/rapidcision.com\/?p=6868"},"modified":"2026-06-08T19:33:35","modified_gmt":"2026-06-08T19:33:35","slug":"blog-cnc-machining-aerospace-composites","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/rapidcision.com\/de\/blog-cnc-machining-aerospace-composites\/","title":{"rendered":"CNC-Bearbeitung von Verbundwerkstoffen f\u00fcr die Luft- und Raumfahrt: Delamination, Werkzeuge und Prozessleitfaden"},"content":{"rendered":"

CNC-Bearbeitung von Verbundwerkstoffen f\u00fcr die Luft- und Raumfahrt: Leitfaden zu Delaminierung, Werkzeugen und Verfahren<\/b><\/h1>\n

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Autor: Marcus Chen, Qualit\u00e4tsleiter, Rapid Precision<\/b><\/p>\n

Marcus Chen verf\u00fcgt \u00fcber 16 Jahre Erfahrung im Bereich Qualit\u00e4tssicherung in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Pr\u00e4zisionsfertigung und hat direkt an der Qualifizierung von Bearbeitungsverfahren f\u00fcr Verbundwerkstoffe f\u00fcr AS9100D-zertifizierte Luft- und Raumfahrtprogramme mitgewirkt, darunter CFK-Strukturbauteile und GFK-Radomplatten.<\/span><\/p>\n

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F\u00fcr Bauingenieure in der Luft- und Raumfahrt, die CNC-Bearbeitung<\/a> Bei der Bearbeitung von Bauteilen aus kohlenstofffaserverst\u00e4rktem Kunststoff (CFK) ist die Delaminierung der Versagensmodus, der Karrieren und Programme beendet \u2013 die Trennung der Verbundlagen untereinander, verursacht durch Schnittkr\u00e4fte, Hitze oder Vibrationen, wodurch das Laminat an der Grenzfl\u00e4che zwischen Harz und Matrix gespalten wird. Ein einziger Delaminationsfall an einem $5.000 CFK-Rohling macht das Bauteil unbrauchbar und verz\u00f6gert das Programm. Im gro\u00dfen Ma\u00dfstab verursachen Delaminationsraten von 2\u20135% \u00fcber einen Produktionslauf komplexer Verbundwerkstoff-Flugzeugstrukturen Kosten in H\u00f6he von $50.000\u2013$500.000 durch Ausschuss, Nacharbeit und Auswirkungen auf den Programmzeitplan.<\/span><\/p>\n

Die Bearbeitung von Verbundwerkstoffen unterscheidet sich in zwei entscheidenden Punkten grundlegend von der Metallbearbeitung: Verbundwerkstoffe sind anisotrop (ihre Eigenschaften variieren je nach Faserrichtung) und lassen sich nicht plastisch verformen \u2013 sie versagen durch Bruch und Delaminierung und nicht durch Spanbildung. Jede Entscheidung bei der Bearbeitung \u2013 Werkzeuggeometrie, Schnittgeschwindigkeit, Vorschub, Schnittrichtung relativ zur Faserausrichtung, K\u00fchlmittelstrategie und Aufspannung \u2013 wirkt sich direkt auf das Delaminierungsrisiko aus. Ein Verfahren, das bei 0\u00b0\/90\u00b0-Kreuzlagenlaminaten funktioniert, kann bei quasi-isotropen Laminaten mit denselben Nennabmessungen zu Delaminierung f\u00fchren.<\/span><\/p>\n

Dieser Leitfaden behandelt den Delaminationsmechanismus, die Auswahl der Werkzeuge, die Schnittparameter je nach Verbundwerkstofftyp, die Auswirkungen der Faserausrichtung, die Anforderungen an die zerst\u00f6rungsfreie Pr\u00fcfung sowie das AS9100D-Prozessrahmenwerk, das Rapid Precision f\u00fcr Verbundwerkstoffprogramme in der Luft- und Raumfahrt verwendet.<\/span><\/p>\n

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Verbundwerkstoffe f\u00fcr die CNC-Bearbeitung in der Luft- und Raumfahrt<\/b><\/h2>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Verbundwerkstoff<\/b><\/th>\nBallaststoffe<\/b><\/th>\nMatrix<\/b><\/th>\nBearbeitbarkeit<\/b><\/th>\nWichtigste Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt<\/b><\/th>\nWesentliches Risiko bei der Bearbeitung<\/b><\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
CFK (Standard)<\/span><\/td>\nKohlefaser<\/span><\/td>\nEpoxidharz<\/span><\/td>\nSchwierig \u2013 stark abrasives CF, spr\u00f6der Bruch<\/span><\/td>\nGrundstruktur: Fl\u00fcgelholme, Rumpfrahmen, Leitwerk<\/span><\/td>\nDelaminierung, Faserausbruch, Werkzeugverschlei\u00df (Hartmetall verschlei\u00dft schnell)<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
CFK (gewebt)<\/span><\/td>\nGewebtes Carbongewebe<\/span><\/td>\nEpoxidharz<\/span><\/td>\nSchwierig \u2013 bidirektionale Schnittkr\u00e4fte<\/span><\/td>\nVerkleidungen, Verkleidungsteile, Zugangsklappen<\/span><\/td>\nDelaminierung an Gewebe\u00fcberg\u00e4ngen, Ausfransen an Schnittkanten<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
GFK (Glasfaserverst\u00e4rkter Kunststoff)<\/span><\/td>\nE-Glas \/ S-Glas<\/span><\/td>\nEpoxid \/ Polyester<\/span><\/td>\nM\u00e4\u00dfig \u2013 weniger abrasiv als CF<\/span><\/td>\nRadome, Antennenverkleidungen, nichttragende Verkleidungselemente<\/span><\/td>\nFaserausbruch, Delaminierung am Stapelausgang<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
CFK\/Ti-Hybrid (CFK-Titan)<\/span><\/td>\nKohlenstoff- und Titanschichten<\/span><\/td>\nEpoxidharz + Ti<\/span><\/td>\nSehr schwierig \u2013 doppelter Material\u00fcbergang in einem einzigen Stapel<\/span><\/td>\nFortschrittliche Fl\u00fcgelkonstruktionen, T\u00fcrrahmenkonstruktion<\/span><\/td>\nGalvanische Korrosion am Werkzeug, Delaminierung an der CF-Ti-Grenzfl\u00e4che<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
Thermoplastisches CFK (PEEK-Matrix)<\/span><\/td>\nKohlefaser<\/span><\/td>\nPEEK<\/span><\/td>\nHerausfordernd \u2013 hohe Matrixz\u00e4higkeit, gummiartige Matrix<\/span><\/td>\nFlugzeugbauteile, Halterungen und Klammern der n\u00e4chsten Generation<\/span><\/td>\nDie Matrix schmilzt, wenn die W\u00e4rme nicht richtig geregelt wird \u2013 klebrige Ablagerungen am Werkzeug<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
Nomex\/Kohlefaser-Waben-Sandwich<\/span><\/td>\nCarbon-Oberfl\u00e4chenfolien + Nomex-Kern<\/span><\/td>\nEpoxidharz<\/span><\/td>\nM\u00e4\u00dfig \u2013 Risiko einer Quetschung der K\u00f6rpermitte<\/span><\/td>\nFlugsteuerungsfelder, Kabinenb\u00f6den, Gondelkomponenten<\/span><\/td>\nZerkleinerung des Kerns unter der Klemmkraft; Delaminierung an der Schnittstelle zwischen Oberfl\u00e4che und Kern<\/span><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

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Der Mechanismus der Delaminierung: Warum sie auftritt und wie man sie verhindern kann<\/b><\/h2>\n

Bei der Bearbeitung von Verbundwerkstoffen kommt es zu einer Delaminierung, wenn die Schnittkr\u00e4fte \u2013 vor allem die senkrecht zur Laminat-Ebene wirkende Schubkraft \u2013 die interlaminare Scherfestigkeit des Verbundwerkstoffs an einer Lagengrenzfl\u00e4che \u00fcbersteigen. Beim Bohren ist die kritische Zone die Austrittsfl\u00e4che, an der der Bohrer die letzten Lagen nach vorne dr\u00fcckt, bevor er durchbricht (\u2018Push-out-Delaminierung\u2019). Beim Kantenschneiden und Fr\u00e4sen tritt Delaminierung an der Schnittfl\u00e4che auf, wenn das Werkzeug in das Laminat eintaucht, anstatt saubere Fasern zu schneiden.<\/span><\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Art der Delaminierung<\/b><\/th>\nBearbeitungsvorgang<\/b><\/th>\nHauptursache<\/b><\/th>\nPr\u00e4ventionsstrategie<\/b><\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Push-out (Austritt)<\/span><\/td>\nBohren, Senken<\/span><\/td>\nDie axiale Schubkraft am Bohrungsausgang \u00fcbersteigt die interlaminare Scherfestigkeit<\/span><\/td>\nVerringern Sie den Vorschub am Austritt, verwenden Sie eine St\u00fctzplatte und eine Split-Point-Bohrergeometrie.<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
Peel-up (Eintrag)<\/span><\/td>\nBohrungen (obere Zone)<\/span><\/td>\nNach oben gerichtete Abziehkraft bei herk\u00f6mmlichen Spiralbohrern<\/span><\/td>\nVerwenden Sie einen Bohrer mit geringer Steigung oder eine Brad-Point-Spitze; reduzieren Sie den Vorschub bei den ersten Durchg\u00e4ngen<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
Kantenabl\u00f6sung<\/span><\/td>\nFr\u00e4sen, Bes\u00e4umen<\/span><\/td>\nDie radiale Schnittkraft l\u00f6st die Oberfl\u00e4chenlagen von der Kante ab<\/span><\/td>\nFr\u00e4srichtung von unten nach oben; scharfe PCD- oder diamantbeschichtete Fr\u00e4ser; DOC reduzieren<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
Thermische Sch\u00e4den<\/span><\/td>\nFr\u00e4sen, Bohren, Schleifen<\/span><\/td>\nDie Temperatur \u00fcbersteigt die Glas\u00fcbergangstemperatur (Tg) der Matrix \u2013 bei Epoxidharz typischerweise 120\u2013180 \u00b0C<\/span><\/td>\nTrockenbearbeitung (kein fl\u00fcssiges K\u00fchlmittel, das in das Laminat eindringen k\u00f6nnte); Luftstrahl; scharfe Werkzeuge zur Minimierung der Reibungsw\u00e4rme<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
Kernzerkleinerung<\/span><\/td>\nBohren in Wabensandwichplatten<\/span><\/td>\nUnzureichende Abst\u00fctzung unter dem Wabenkern beim Bohren<\/span><\/td>\nSt\u00fctzvorrichtung unterhalb der Sandwichplatte; Haut und Kern nach M\u00f6glichkeit getrennt bohren<\/span><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

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Bei Rapid Precision sind alle Bearbeitungsprozesse f\u00fcr Verbundwerkstoffe in der Luft- und Raumfahrt gem\u00e4\u00df unseren <\/span>AS9100D-Qualit\u00e4tsmanagementsystem<\/span><\/a> einschlie\u00dflich einer Pr\u00fcfung auf Delaminierung gem\u00e4\u00df ASTM E2966 und den im CMM-Plan des Kunden festgelegten Anforderungen an die zerst\u00f6rungsfreie Pr\u00fcfung (ZfP).<\/span><\/p>\n

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Werkzeugauswahl f\u00fcr Verbundwerkstoffe in der Luft- und Raumfahrt<\/b><\/h2>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Werkzeugtyp<\/b><\/th>\nAnmeldung<\/b><\/th>\nLebensdauer vs. Hartmetall<\/b><\/th>\nKostenindex<\/b><\/th>\nAm besten geeignet f\u00fcr<\/b><\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Unbeschichtetes Hartmetall<\/span><\/td>\nGFK, d\u00fcnne CFK-Laminate<\/span><\/td>\nAusgangswert<\/span><\/td>\n1.0x<\/span><\/td>\nGFK-Kleinserien, Prototypen, bei denen die Werkzeugkosten eine untergeordnete Rolle spielen<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
Diamantbeschichtetes Hartmetall<\/span><\/td>\nCFK aller Art<\/span><\/td>\n3\u20135-fache Lebensdauer des Hartmetalls<\/span><\/td>\n2.5\u20134x<\/span><\/td>\nStandard-CFK-Fertigung \u2013 beste Wirtschaftlichkeit pro Bauteil<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
PCD (polykristalliner Diamant) \u2013 gel\u00f6tet<\/span><\/td>\nCFK in gro\u00dfen St\u00fcckzahlen<\/span><\/td>\n10\u201325-fache Lebensdauer von Hartmetall<\/span><\/td>\n8\u201315x<\/span><\/td>\nGro\u00dfserienfertigung, bei der die Stillstandszeiten durch Werkzeugwechsel den Engpass darstellen<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
CVD-Diamant (Dickschicht)<\/span><\/td>\nPr\u00e4zisions-CFK, gewebte Verbundwerkstoffe<\/span><\/td>\n15\u201330-fache Lebensdauer von Hartmetall<\/span><\/td>\n12\u201320x<\/span><\/td>\nH\u00f6chste Pr\u00e4zisionsanforderungen, beste Kantenqualit\u00e4t bei Geweben<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
Brad-Point-Bohrer<\/span><\/td>\nBohren in CFK, anf\u00e4llig f\u00fcr Delaminierung an Ein- und Austrittsstellen<\/span><\/td>\n2\u20134\u00d7 Standard-Spiralbohrer<\/span><\/td>\n1.5\u20132x<\/span><\/td>\nBauteile, bei denen Delaminationen am Ein- und Ausgang das gr\u00f6\u00dfte Qualit\u00e4tsrisiko darstellen<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
Stufenbohrer (Vorbohreinsatz + Reibahle)<\/span><\/td>\nPr\u00e4zisionsbohrungen in CFK<\/span><\/td>\n2\u20133\u00d7 Standardbohrer<\/span><\/td>\n1.8\u20132.5x<\/span><\/td>\nPr\u00e4zisionsbohrungen mit einer Toleranz von \u00b10,025 mm in strukturellem CFK, bei denen die Oberfl\u00e4chenintegrit\u00e4t gew\u00e4hrleistet sein muss<\/span><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

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Schnittparameter: CFK vs. GFK<\/b><\/h2>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Parameter<\/b><\/th>\nCFK (Epoxidharz-Matrix)<\/b><\/th>\nGFK (Epoxid\/Polyester)<\/b><\/th>\nAnmerkungen<\/b><\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Schnittgeschwindigkeit \u2013 Fr\u00e4sen<\/span><\/td>\n200\u2013800 m\/min (PCD-\/CVD-Diamant)<\/span><\/td>\n100\u2013400 m\/min (Hartmetall)<\/span><\/td>\nEine h\u00f6here Drehzahl verringert die interlaminare Scherung; unterhalb der Mindestdrehzahl steigt das Risiko einer Delaminierung.<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
Vorschubgeschwindigkeit \u2013 Fr\u00e4sen<\/span><\/td>\n0,1\u20130,3 mm\/Zahn<\/span><\/td>\n0,15\u20130,4 mm\/Zahn<\/span><\/td>\nEin zu hoher Vorschub erh\u00f6ht die Radialkraft \u2192 Kantenabl\u00f6sung<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
Vorschubgeschwindigkeit beim Bohren<\/span><\/td>\n0,025\u20130,075 mm\/Umdrehung am Hauptk\u00f6rper; 50% am Ausgang reduzieren<\/span><\/td>\n0,05\u20130,1 mm\/Umdrehung<\/span><\/td>\nIm kritischen Austrittsbereich muss die Vorschubgeschwindigkeit 2\u20133 mm vor dem Durchbruch verringert werden<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
Spiralfr\u00e4sen im Vergleich zum konventionellen Fr\u00e4sen<\/span><\/td>\nDas Steigfr\u00e4sen wird hinsichtlich der Kantenqualit\u00e4t stets bevorzugt<\/span><\/td>\nKlettern bevorzugt<\/span><\/td>\nDas Steigfr\u00e4sen verringert den Eingriffswinkel des Werkzeugs; geringere Kantenabziehkraft<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
K\u00fchlmittel<\/span><\/td>\nTrockenluftstrahl \u2013 KEIN feuchtes K\u00fchlmittel auf CFK-Bauteilen<\/span><\/td>\nTrockenluftstrahl oder MQL<\/span><\/td>\nNasses K\u00fchlmittel dringt durch aufgeschnittene Kapillaren in das Laminat ein und beeintr\u00e4chtigt die Epoxidharzmatrix<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
DOC (Schnitttiefe)<\/span><\/td>\n\u2264 0,5\u20131,5 mm pro Durchgang (Fr\u00e4sen)<\/span><\/td>\n\u2264 0,5\u20132,0 mm pro Durchgang<\/span><\/td>\nMehrere Lichtdurchl\u00e4ufe verringern die Schubkraft und das Risiko der Delaminierung<\/span><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

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Anforderungen an die zerst\u00f6rungsfreie Pr\u00fcfung von bearbeiteten Verbundwerkstoffteilen<\/b><\/h2>\n

F\u00fcr Luft- und Raumfahrtprogramme gefertigte Verbundwerkstoffteile m\u00fcssen nach der Bearbeitung einer zerst\u00f6rungsfreien Pr\u00fcfung (NDT) unterzogen werden, um sicherzustellen, dass keine unter der Oberfl\u00e4che liegenden Delaminationen, Porosit\u00e4ten oder Risse in der Matrix entstanden sind. Standard-NDT-Verfahren f\u00fcr bearbeitete Verbundwerkstoffe:<\/span><\/p>\n