Untersuchung zum Zusammenhang von Zerspankräften und Delamination beim Kreissägen von CFK

Abstract

Der vermehrte Einsatz von faserverstärkten Kunststoffen (FVK) in unterschiedlichen Branchen führt zu steigenden Produktivitätsanforderungen und dem Bedarf nach neuen Entwicklungen, sowohl im Bereich der Bearbeitungswerkzeuge als auch der Bearbeitungsprozesse selbst. Im Gegensatz zu vielen anderen Bearbeitungsverfahren besteht bei der Kreissägebearbeitung von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) noch eine erhebliche Wissenslücke in Bezug auf die Einflüsse der unterschiedlichen Prozess-, Werkzeug- und Materialparameter auf die wirkenden Zerspankräfte und das Schädigungsverhalten. Auf Basis einer grundlegenden Auswertung des wissenschaftlichen und technischen Stands erfolgte eine experimentelle Analyse der Einflüsse von unterschiedlichen Parametern auf die Zerspankräfte wie auch auf das Delaminationsverhalten bei der Kreissägebearbeitung von CFK. Dabei wurden sowohl Werkzeugparameter wie Zahnform, Zähnezahl oder Schnittbreite als auch Prozess- und Materialparameter wie Faserorientierung der Decklagen systematisch betrachtet. Es konnten eindeutige Unterschiede zur Bohr- und Fräsbearbeitung wie die geringe Neigung zu Ausfransungen, das Fehlen der Eintritts-Delamination und dagegen der hohe Einfluss des Austrittswinkels der Schneiden auf die Delamination nachgewiesen werden. Im Bereich des Werkzeugverschleißes, der grundsätzlichen Delaminationsmechanismen und der Zerspankräfte konnte eine Übertragbarkeit bisheriger wissenschaftlicher Forschungsergebnisse aufzeigt werden. Durch das Zusammenführen der Ergebnisse und die anschließende Analyse konnte festgestellt werden, dass kein universeller Zusammenhang zwischen wirkenden Prozesskräften und dem Auftreten wie auch der Ausprägung der Delamination als maßgeblicher Schädigungsmechanismus bei der Kreissägebearbeitung besteht. Darüber hinaus konnte aufzeigt werden, dass einfache Modelle zur Berechnung der Zerspankräfte für CFK grundsätzlich umsetzbar sind, jedoch aufgrund von Materialeinflüssen wie auch verfahrensspezifischen Einflüssen immer nur eine eingeschränkte Aussagekraft besitzen.