Kraftmodellierung beim Schleifen von UD-CFK unter räumlichen Eingriffsbedingungen

Endlosfaserverstärkte Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) spielen für Anwendungen im Leichtbau eine herausragende Rolle. Der orthotrope Aufbau dieser Werkstoffgruppe bedingt jedoch ein richtungsabhängiges Trennverhalten. Bei der spanenden Bearbeitung führt dies unter anderem zu einer Variation der Zerspankräfte im Eingriffsbereich des Werkzeugs bei ansonsten konstanten Zerspanbedingungen. In der Kraftmodellierung wird diesem Umstand üblicherweise durch die Berücksichtigung des Fasertrennwinkels θ Rechnung getragen. Der Winkel θ entspricht dabei dem eingeschlossenen Winkel zwischen der Schnittrichtung und Faserlängsrichtung innerhalb der Laminatebene des FKV. Allerdings ist der Winkel nur beim Besäumen mit Schaftwerkzeugen für eine vollständige Beschreibung der Eingriffsverhältnisse ausreichend. Bei einer Vielzahl weiterer, spanender Bearbeitungsprozesse wie dem Bohren, Kreissägen, Trennschleifen mit Trennscheibe oder dem Oberflächenschleifen lassen sich die Eingriffsverhältnisse und das Trennverhalten hingegen nicht mit nur einem Winkel beschreiben. Zur vollständigen Beschreibung und Modellierung beliebiger Eingriffsverhältnisse wurden daher der räumliche Fasertrennwinkel θ0 und der räumliche Eingriffswinkel φ0 eingeführt. Dabei entspricht der Winkel θ0 dem eingeschlossenen Winkel zwischen der Schnittrichtung und der Faserlängsrichtung und der Winkel φ0 dem eingeschlossenen Winkel zwischen der Schneidenebenennormalen und der Faserlängsrichtung. Anhand systematischer Schleifversuche an UD-CFK wird in diesem Beitrag aufgezeigt, welchen Einfluss die Variation der Winkel auf die Kräfte beim Schleifen besitzt. Aufbauend wird erstmals ein mechanistisches Kraftmodell entwickelt, welches die Berechnung der Schleifkräfte bei beliebigen räumlichen Eingriffsbedingungen ermöglicht. Die Validierung des Modells erfolgt abschließend anhand eines Trennschleifprozesses mit komplexer Werkzeuggeometrie und Prozesskinematik.

Subjects

CFK

Faserverbund

Kräfte

Modellierung

Räumliche Eingriffsbedingungen

Trennschleifen

DDC Class

620.1: Engineering Mechanics and Materials Science

621: Applied Physics

670: Manufacturing

690: Building, Construction

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http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/

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Koettner_-_Kraftmodellierung_beim_Schleifen_von_UD-CFK_2024.pdf

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Kraftmodellierung beim Schleifen von UD-CFK unter räumlichen Eingriffsbedingungen