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Luftfahrt

Luftfahrt
Aerospace assembly bench with a clamped titanium and aluminium sheet stack, a stub-length precision drill and a tray of close-tolerance fasteners
Luftfahrt

Zubehör für Luftfahrtwerkzeuge, das den Bohrungsdurchmesser bei Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen, Titan und Verbundmaterialien sicher hält.

Bohrer, Entgratwerkzeuge und Zubehör, spezifiziert nach Stapelreihenfolge und Bohrungstoleranzklasse.

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Eine Luftfahrtbohrung wird zweimal bewertet: einmal anhand des erreichten Durchmessers und einmal anhand der durch das Bohren im Material verursachten Schäden. Ein Bohrer, der den Durchmesser in Aluminium hält, kann die letzten Lagen eines Kohlenstofffaserverbundwerkstoffs entlamellieren; eine Geometrie, die in Aluminium kühl läuft, kann die Titan-Oberfläche eines Verbundmaterials verbrennen. Auf dieser Seite sind Substrat, Beschichtung und Spitzengeometrie für jede Stapelreihenfolge angegeben sowie die Kriterien, anhand derer jede Auswahl überprüft werden kann.

Branchenüberblick

Vier Variablen, die das Ergebnis bestimmen

Die Luftfahrtbearbeitung wird durch die Materialkombination in der Bohrung und nicht durch die Bohrung selbst definiert: Eine einzige Befestigungsstelle kann nacheinander Kohlenstoff-Faserverbund-Laminat, Klebstoff, Titan und Aluminium durchlaufen, bevor sie austritt. Die Werkzeuge werden daher anhand der gesamten Materialsequenz ausgewählt – deshalb überlebt eine Spezifikation, die für ein einzelnes Material in der Schichtfolge geschrieben wurde, die anderen Materialien nicht.

Typische Ausrüstung
Automatisierte Bohreinheiten und orbitale Bohrköpfe, Portalfräsmaschinen für die Blechtafel-Bearbeitung, pneumatische Handbohrmaschinen mit Mikrostop-Senkkopf-Käfigen, Nietpistolen, drehmomentgesteuerte Mutternschrauber, robotergestützte Flügelblech-Zellen.
Verarbeitete Materialien
CFRP-Laminat, CFRP-Titan-Schichtfolgen, CFRP-Aluminium-Schichtfolgen, Ti-6Al-4V, 7075-T6 und 2024-T3 Aluminium, 15-5PH Edelstahl, A286, Inconel 718, Aluminium-Wabenkern, Glasfaser-Verbundwerkstoff.
Geltende Normen
AS9100 für das Qualitätsmanagementsystem, unter dem die Bestellung läuft; ANSI B94.11M für die Bohrspitzengeometrie; NAS 907 und ISO 5855-1 an den Stellen, an denen sie in der Zeichnung genannt werden; ISO 286-1 für die Passung; ISO 1101 für die geometrische Tolerierung; ISO 4287 für die Oberflächenstruktur; ISO 6892-1 für Zugversuche; ASTM E384 für Mikrohärteprüfungen mittels Eindringung; ASTM E466 für Axialermüdung; ASTM B117 für Salzsprühnebeltests; ISO 9712 für Personal im Bereich zerstörungsfreier Prüfverfahren; ASTM E1417 und ASTM E1444 für Farbeindring- und Magnetpulverprüfung.
Beobachtete Versagensarten
Ablösung am Austritt und Ausstoßgrate in CFRP; zu große Bohrungen infolge von Bohrerverlauf; Alpha-Schichtbildung auf Ti-6Al-4V; Flankenverschleiß bei hoher Schnitttemperatur; Kaltverformung (Galling) an Aluminium; Kantenabplatzung beim Übergang der Schneide von Laminat in Titan; Gratstärke über dem zeichnungsseitig festgelegten Grenzwert; Bohrlochpositionstoleranzfehler infolge von Durchbiegung bei langen Bohrerüberständen.
Betriebliche Herausforderungen

Drei Ausfälle, die den Betrieben Geld kosten

Jede Herausforderung beschreibt zunächst, was schiefgeht, dann die geometrische oder materielle Entscheidung, die dagegen hilft.

Herausforderung 1

CFRP blättert an der Austrittsseite ab, während der Bohrer noch schneidet.

Wenn die Spitze die letzten Lagen durchbricht, drückt die axiale Schubkraft das ungeschnittene Laminat vom Werkzeug weg, anstatt es zu schneiden, wodurch sich die Lagen voneinander trennen. Ein Loch mit Delamination, dessen Durchmesser jedoch innerhalb der Toleranz liegt, fällt bei der Prüfung durch, da der Schaden separat von der Passgenauigkeit bewertet wird; die Folge ist daher eine Reparatur statt einer erneuten Bohrung. Der Fehler beginnt an der Austrittsseite, also auch auf der Seite, die der Bediener während des Bohrens nicht sehen kann.
Amsuo-Reaktion

Austrittsdelamination bei CFRP → Bohrer aus massivem Hartmetall mit Diamantbeschichtung.

Ein Diamantfilm behält seine Härte gegenüber der Abriebwirkung von Kohlenstofffaser deutlich länger als eine unbeschichtete Schneidkante, sodass die Schnittgeometrie während der gesamten Charge so bleibt, wie sie geschliffen wurde, anstatt sich in eine andere Form abzunutzen. Die Spitzengeometrie ist so ausgelegt, dass der axiale Vorschub beim Erreichen der Austrittslagen gering bleibt; zudem sind die äußeren Ecken so positioniert, dass die letzten Faserschichten gegen eine gestützte Fläche abgeschert – statt weggedrückt – werden. Dieselbe Geometrie ist sowohl mit Durchflutkühlung als auch mit Mikrostopp-Schaft erhältlich, sodass man beim manuellen Bohren dieselbe Spitze mit demselben Nenndurchmesser verwendet.
Herausforderung 2

Eine einzige Geometrie muss mitten im Bohrloch vom Kohlenstoffmaterial in Titan übergehen.

Kohlenstofffaser ist abrasiv und leitet die Wärme nur langsam mit dem Span ab, während Titan chemisch reaktiv ist und die Wärme an der Schneide speichert. Dort, wo eine Geometrie, die die Laminatschichtung übersteht, auf die Metallschicht trifft, verschleißt die Flanke schnell; dort, wo die Schneide ausreichend stabil für Titan ausgeführt ist, neigt sie dazu, die Kohlenstofflagen zu verdrängen statt sie zu schneiden. Ein Werkzeug bis zum Ende seiner Lebensdauer innerhalb eines Stapels laufen zu lassen, bedeutet zudem, dass das nächste Loch mit einer Schneide gebohrt wird, die bereits ihre Abmessungen verändert hat – so driftet ein Loch innerhalb der Toleranzgrenze nach oben und erfordert einen Nachbearbeitungsschritt.
Amsuo-Reaktion

Stapelbohren → Bohrer mit Mehrschichtbeschichtung und definierter Schneidenabkantung.

Die Beschichtung leitet die Schnitttemperatur vom Schneidenrand im Titan ab, sodass der Grundwerkstoff nicht der Temperatur ausgesetzt wird, bei der sich der Flankenverschleiß beschleunigt; zudem ist die Schichtanordnung so gestaltet, dass eine zähere Schicht unter der härteren liegt, um den mechanischen Belastungen an der Grenzfläche zwischen Schichtverbund und Metall standzuhalten. Der Radius der Schneideneinlaufung wird so gewählt, dass die Spitze beim Übergang zwischen den beiden Materialien nicht mikroabplatzt; zudem leiten innere Kühlmittelkanäle das Kühlmittel direkt an die Spitze – dies ist die praktikable Methode zur Temperaturregelung beim Bohren von Titan, sobald die Bohrtiefe größer als der Bohrer-Durchmesser ist.
Herausforderung 3

Titan entzündet sich, und Aluminium verklebt – jeweils bei zwei unterschiedlichen Temperaturen.

Bei Ti-6Al-4V führt eine Kanten-Temperatur oberhalb des sicheren Bereichs zu schnellem Flankenverschleiß sowie zu einer verhärteten, sauerstoffangereicherten Schicht an der Bohrungswand, die vor dem Einbau der Verbindungselemente entfernt werden muss. Bei Aluminium baut dasselbe Werkzeug bei identischem Vorschub Material auf der Spanfläche auf und überträgt es auf die Bohrungswand, wodurch die Oberfläche einreißt und der reibgebohrte Durchmesser kleiner wird. Zwei Werkstoffe, zwei Mechanismen – und ein Bohrer, der beide ohne Werkzeugwechsel während der Bearbeitung bewältigen muss.
Amsuo-Reaktion

Kaltverformung bei Aluminium und Bohrungswandschäden bei Titan → Grat- und Kantenabrundungswerkzeuge, die exakt auf den jeweiligen Werkstoff abgestimmt sind.

Bei Aluminium ist die Schnittfläche poliert und unbeschichtet belassen, da eine Beschichtung die Reibung gegen ein weiches, reaktives Werkstück erhöht und zur Oberfläche wird, an der das Aluminium verschweißt. Bei Titan wird die Bohrlochwand durch Temperaturkontrolle am Rand geschützt, nicht allein durch die Beschichtung – was in der Praxis eine festgelegte Drehzahlbandbreite und einen Vorschub bedeutet, der hoch genug ist, um den Rand aus dem Bereich des Reibens und Überhitzens herauszuhalten. Das Entgraten folgt derselben Logik wie das Bohren, denn ein Grat, der mit einer falschen Geometrie entfernt wird, hinterlässt eine Markierung, die erneut geprüft werden muss. Beide Werkzeugfamilien werden auf eine Schafttoleranz h6 geschliffen, wie sie in der Zeichnung gefordert ist, sodass die Passung in einem Mikrostoppkäfig oder einer automatisierten Einheit von Werkzeug zu Werkzeug reproduzierbar ist.
Macro view of a countersunk hole through a clamped metal stack with a flush fastener head
Produktfamilien

Die Produktfamilien, die für diese Anwendung geeignet sind

Drill Bits

Bohrspitzen

Bohren von CFRP-Laminaten und gemischten Stapeln

Antworten: Austrittsdelamination und zu große Bohrlochdurchmesser

Norm: ANSI B94.11M

Jobber Length Drill Bits

Bohrer mit Standardlänge

Standardreichweiten-Arbeiten an Aluminium- und Stahl-Teilelementen

Antworten: Abweichung vom Sollweg und Gratbildung am Austritt

Norm: ANSI B94.11M

Multi-Stepped Drill Bits

Mehrschritt-Bohrer

Stufenbohrungen für Befestigungselemente und Schaftfreiheit

Antworten: Verschleiß an den Stufen verändert das Bohrlochprofil

Miniature Straight Shank Drill Bit

Miniatur-Bohrer mit geradem Schaft

Bohrvorbohrungen und Detailarbeiten mit kleinem Durchmesser

Antworten: Bruch bei Zugriff über große Reichweite

Burrs

Grate

Entgraten und Kantenanpassung nach dem Bohren

Antworten: Grathöhe oberhalb der Zeichnungsgrenze

Screw Driver Bits

Schraubendreher-Bits

Verschraubungen während der Montage

Antworten: Abrundung des Antriebsendes und Ausgleiten des Schraubendrehers

Norm: DIN 3126-C 6.3 / ISO 1173

Screw Extractors

Schrauben-Extraktoren

Entfernen beschädigter Verbindungselemente, ohne das Loch zu beschädigen

Antworten: Beschädigung der Lochwand beim Herausziehen

Normen und Spezifikationen

Die Zahlen hinter den Behauptungen

Die Tabelle nennt den Parameter, die Norm, die ihn festlegt, und den Grund, warum die Qualitätsfunktion eines Werks ihn prüft.

Parameter Referenznorm Was die Norm festlegt Warum der Käufer ihn prüft
Bohrpunktkonfiguration ANSI B94.11M Punktwinkeleinstellungen und die Split-Point-Form bei Spiralbohrern Der Punkt bestimmt den Axialvorschub, das Abweichen und den Zustand der Bohrung am Austritt
Luftfahrt-Bohrergrößen und -Schaftformen NAS 907 Größen- und Maßanforderungen für luftfahrtqualifizierte Bohrer Ein Werkzeug, das in der Zeichnung auf diese Norm verweist, muss entsprechend dieser Norm hergestellt werden
Anforderungen an MJ-Gewinde ISO 5855-1 Allgemeine Anforderungen an MJ-Gewinde (metrisch für Luft- und Raumfahrt) Luft- und Raumfahrt-Verbindungselemente werden nach dem MJ-System und nicht nach allgemeinen metrischen Gewinden spezifiziert
Passungen und Grenzabmaße ISO 286-1 ISO-Toleranzsystem für Passungen und Grenzabmaße H8-Bohrungsangaben werden von beiden Parteien anhand derselben Tabellen gelesen
Geometrische Tolerierung ISO 1101 Wie Form-, Orientierungs-, Lage- und Lauf-Toleranzen angegeben werden Die Angaben zur Lochlage und Konzentrizität müssen auf dieselbe Weise messbar sein
Oberflächentextur ISO 4287 Wie Oberflächenrauheitsparameter definiert und angegeben werden Die Lochwand-Oberfläche wird anhand definierter Parameter beurteilt
Mikrohärteprüfung ASTM E384 Das Verfahren für die Mikrohärteprüfung Gehärtete Schichten, einschließlich Alpha-Fall-Regionen, werden nach einer festgelegten Methode quantifiziert
Axiale Dauerschwingprüfung ASTM E466 Kraftgesteuerte axiale Ermüdungsprüfung von Werkstoffen Ermüdungsergebnisse an Proben werden nach einer angegebenen Prüfmethode verglichen
Salzsprühprüfungen ASTM B117 Die Salznebel-Prüfeinrichtung und das Prüfverfahren Stahlkomponenten werden nach einer angegebenen Expositions-Methode verglichen
Zugprüfung ISO 6892-1 Die Methode zur Zugprüfung metallischer Werkstoffe Materialzertifizierungen werden auf einer gemeinsamen Grundlage gelesen
Personal für zerstörungsfreie Prüfung ISO 9712 Qualifizierung und Zertifizierung von Personal für zerstörungsfreie Prüfung Ein Ergebnis einer zerstörungsfreien Prüfung ist nur so gut wie die Qualifikation, die dahintersteht
Penetrations- und Magnetpulverprüfung ASTM E1417 / ASTM E1444 Verfahren der Flüssigkeitspenetrationsprüfung und der Magnetpulverprüfung Oberflächenfehler werden mittels einer definierten Methode ermittelt
Qualitätssystem AS9100 Anforderungen an das Qualitätsmanagementsystem für Zulieferer der Luft- und Raumfahrtindustrie Die Auditierung durch den Käufer erfolgt anhand des Systems, unter dem die Bestellung abgewickelt wird
Wie wir überprüfen

Organisiert nach Methode, nicht nach einer veröffentlichten Kennzahl

Bei Luft- und Raumfahrt-Arbeiten ist die Prüfmethode Teil der Spezifikation; daher werden unsere Prüfungen bereits vor ihrer Durchführung benannt. Dimensionale und geometrische Messungen erfolgen anhand der Zeichnung sowie der darin festgelegten Normen: AS9100 regelt das Qualitätsmanagementsystem, unter dem die Bestellung abgewickelt wird; ANSI B94.11M und – sofern in der Zeichnung gefordert – NAS 907 legen die Anforderungen an Spitze und Schaft fest; ISO 286-1 definiert die Passung; ISO 1101 definiert die geometrischen Toleranzen. Die Bohrlochwand-Oberflächenbeschaffenheit wird – sofern spezifiziert – gemäß ISO 4287 gemessen.

Wenn bei einer gehärteten oder sauerstoffangereicherten Schicht eine metallurgische Fragestellung auftritt, erfolgt die Untersuchung nach der Mikrohärteprüfmethode ASTM E384. Ermüdungs- und Korrosionsprüfungen werden – falls ein Prüfprogramm dies vorsieht – nach den axialen Ermüdungsverfahren ASTM E466 bzw. dem Salznebelverfahren ASTM B117 durchgeführt; die Oberflächenfehlerprüfung folgt den Normen ASTM E1417 und ASTM E1444, wobei das Personal gemäß ISO 9712 qualifiziert ist; die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs werden anhand von ISO 6892-1 bewertet. Die Chargenrückverfolgbarkeit verknüpft ein ausgeliefertes Werkzeug mit seiner Hartmetall- oder Stahlcharge, und eine Erstteil-Dokumentation begleitet jede Sonderanfertigung. Wenn eine Prüfung für das gelieferte Teil nicht zutreffend ist – beispielsweise eine Eindringprüfung an einem Werkzeug, das das betreffende Merkmal nicht aufweist – geben wir dies explizit an, statt einen nicht durchgeführten Prüfschritt zu dokumentieren. Zusätzliche Informationen jenseits der üblichen Dokumentation stellen wir auf Anfrage zur Verfügung.

Anpassung & Lieferung

Drei Engagementstufen, eine Abfolge

Luft- und Raumfahrt-Aufträge durchlaufen dieselben drei Stufen.

Stufe 1 – Eigenmarke
das Etikett des Käufers wird auf Werkzeuge angebracht, die bereits für die betreffende Stapelreihenfolge qualifiziert sind, wobei die Geometrie unverändert bleibt und die Qualifikationsunterlagen vollständig vorliegen.
Stufe 2 – Verpackung & Spezifikation
die Geometrie bleibt unverändert, während die Verpackungsanzahl, die Werkzeugkennung und die Rückverfolgbarkeitsmarkierung an das System des Käufers angepasst werden; dies ermöglicht es, ein Werkzeug während einer Prüfung einer bestimmten Charge zuzuordnen.
Stufe 3 — Muster- und zeichnungsgesteuert
eine spezielle Punktgeometrie, eine Stufe, ein Pilotdurchmesser oder eine Schaftmodifikation wird anhand der Musterteile oder Zeichnung des Käufers geschliffen; dies erfolgt unter Unterstützung einer Design-for-Manufacture-Bewertung und eines Erstteil-Prüfberichts, bevor ein Wiederholungsauftrag kalkuliert wird. Unabhängig von der jeweiligen Stufe verläuft die Abfolge stets identisch: Die Stapelabfolge, die Durchmesser und die Akzeptanzkriterien werden schriftlich festgelegt; die Zeichnung oder das Muster wird geprüft; der Schleif-, Hon- und Beschichtungsprozess wird so festgelegt, dass jeder Arbeitsschritt anhand der von ihm kontrollierten Merkmale messbar ist; ein Erstteil wird anhand der Zeichnung sowie des Zertifizierungspakets geprüft; und die Charge wird mit einer Rückverfolgbarkeitsmarkierung freigegeben, die das ausgelieferte Teil seiner Losnummer zuordnet. Falls sich bei einer Überprüfung die Geometrie ändert, beginnt die Abfolge erneut ab der überarbeiteten Zeichnung – der Käufer wird zu diesem Zeitpunkt informiert, nicht erst zum Liefertermin.
FRAGEN DER KÄUFER

Was Einkaufsteams als Erstes fragen

Wie wird ein Werkzeug für eine bestimmte Stapelabfolge kalkuliert?

Der Preis wird pro Werkzeug für eine benannte Sequenz und einen benannten Durchmesser angegeben, da sich Substrat, Beschichtung und Spitzengeometrie mit der Zusammensetzung der Bohrung ändern. Ein Bohrer für Kohlefaser-Laminat und ein Bohrer für Kohlefaser und Titan dürfen nicht als eine Position behandelt werden; eine gemeinsame Angebotserstellung würde den Unterschied verschleiern. Senden Sie uns die Sequenz, die Durchmesser und das Akzeptanzkriterium – das Angebot wird auf dieser Grundlage erstellt.

Was ist die Mindestbestellmenge für eine Sondergeometrie?

Standardgrößen werden über eine bestehende Fertigungsroute kalkuliert, während eine Sonder-Spitzengeometrie oder eine Stufe, die erstmals geschliffen werden muss, eine eigene Rüstung für die Schleif-, Hon- und Beschichtungssequenz erfordert und gesondert kalkuliert wird. Wir teilen Ihnen bereits in der Angebotsphase mit, ob eine bestimmte Sondergeometrie eine Rüstung mit einer bestehenden Geometrie teilen kann oder eigenständig gerüstet werden muss.

Können wir Muster vor der Bestellung anhand unseres eigenen Coupon-Tests qualifizieren?

Ja. Die Proben werden entsprechend der Stapelreihenfolge und des schriftlich festgelegten Annahmekriteriums geliefert, sodass das Coupon-Ergebnis mit Ihren vorgegebenen Grenzwerten – und nicht mit einer Zusammenfassung des Lieferanten – verglichen werden kann. Teilen Sie uns die Coupon-Konfiguration und das Freigabekriterium mit; das Angebot für die Probe richtet sich danach.

Wie lange beträgt die Durchlaufzeit für eine Produktionscharge?

Standarddurchmesser werden nach der Freigabe der Probe ausgeliefert; Sonderausführungen folgen, sobald die Schleif-, Hon- und Beschichtungsstufen abgeschlossen sind, wobei die Beschichtung als eigenständige Stufe behandelt wird. Wenn ein Programm von einer Bauteilerate abhängt, sind der Beschichtungsplan und die Erstbemusterungsprüfung die beiden Punkte, die beim Auftrag bestätigt werden müssen, da beide auf dem kritischen Pfad liegen.

Welche Dokumente begleiten eine Lieferung?

Jede Lieferung enthält einen Chargenprüfbericht, der die Schaftpassung, den Durchmesser und die Spitzengeometrie gemäß der Zeichnung sowie die Werkstoffzertifizierung für die jeweilige Hartmetall- oder Schnellarbeitsstahlcharge umfasst. Erstmusterverbote, Lebensdauerprotokolle sowie Ergebnisse zu Delamination oder Gratstärke werden pro Werkzeugfamilie archiviert und auf Anfrage bereitgestellt.

Bereit, es auszuwählen?

Senden Sie die Stapelreihenfolge und die Akzeptanzgrenze. Nennen Sie uns die Werkstoffreihenfolge, den Durchmesser sowie die Grat- oder Delaminationsgrenze gemäß der Zeichnung – wir teilen Ihnen mit, welches Substrat, welche Beschichtung und welche Spitzengeometrie dafür vorgesehen ist – und wo unser Leistungsumfang die von Ihnen geforderte Grenze nicht erreicht.

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