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Bohrbearbeitung von Stahl und CFK unter Einsatz von Minimalmengen-Trockenschmierung auf Basis von Graphit

Drilling of Steel and CFRP Using Minimum Quantity Dry Lubrication Based on Graphite
 
: Beckenlechner, Robert
: Bauernhansl, Thomas

:
Volltext urn:nbn:de:0011-n-6033081 (5.6 MByte PDF)
MD5 Fingerprint: 7340eaa348d5d9bb91c7badfe33f6a7d
Erstellt am: 6.10.2020


Stuttgart: Fraunhofer Verlag, 2020, XXI, 150 S., XLV
Zugl.: Stuttgart, Univ., Diss., 2020
Stuttgarter Beiträge zur Produktionsforschung, 110
ISBN: 978-3-8396-1633-8
Deutsch
Dissertation, Elektronische Publikation
Fraunhofer IPA ()

Abstract
Das primäre Ziel dieser Arbeit ist es, den Schmiereffekt eines neuartigen Kühlschmierverfahrens auf Basis von Graphit für die Bohrbearbeitung von Stahl und kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) zu untersuchen.
Sekundäres Ziel ist die Bereitstellung einer Methode zur systematischen Bestimmung des sich im Bohrprozess einstellenden Reibungskoeffizienten mit Schmierstoffeinsatz.
Anhand von Sprühtests werden das Prozessfenster der aufgebauten Trockenschmieranlage ermittelt sowie signifikante Faktoren auf die ausströmenden Schmierstoffmengen identifiziert. Zum Nachweis des Schmiereffekts werden der Bohrerverschleiß und die Zerspankraftkomponenten während realer Bohrversuche betrachtet. Die in dieser Arbeit vorgestellte Methode basiert auf der Kombination tribologischer Modellversuche, FEM-Bohrsimulationen und experimentellen Bohrversuchen.
Mit steigendem Luftvolumenstrom nimmt der Graphitmassenstrom annähernd linear zu. Dabei kann mit kugelförmigem Graphitpulver ein deutlich höherer Graphitmassenstrom als mit plättchenförmigem erzielt werden. Die Zugabe von Siliziumdioxid als Antiagglomerat hat einen negativen Effekt auf den Graphitausstoß. Während beim Bohren von CFK keine eindeutige Schmierwirkung mit Graphiteinsatz erkannt wird, kann diese bei Stahl anhand signifikant geringerer Schnittkräfte und deutlich geringerem Bohrerverschleiß nachgewiesen werden. Eine H2O-Anreicherung der Leitungsdruckluft hat im untersuchten Prozessfenster keinen Einfluss auf die Schmierwirkung des Graphits. Die Methode zur Bestimmung des realen Reibungskoeffizienten während des Bohrprozesses funktioniert im Beispiel des vorgestellten Trockenschmierverfahrens gut.

 

The primary objective of this work is to investigate the lubricating effect of a new graphite-based cooling lubrication process for drilling steel and carbon fiber reinforced plastic (CFRP). As a secondary objective, a method for the systematic determination of the friction coefficient with lubricant use during the drilling process is provided.
Spraying tests are used to determine the process window of the built dry lubrication system and to identify significant factors on the outflowing lubricant quantities. To verify the lubricating effect, drill wear and cutting force components are considered during real drilling tests. The presented method of this work is based on the combination of tribological model experiments, FEM drilling simulations and experimental drilling tests.
As the air volume flow increases, the graphite mass flow increases approximately linearly. With spherical graphite powder, a significantly higher graphite mass flow can be achieved than with platelet-shaped graphite powder. Adding silicon dioxide as an anti-agglomerate has a negative effect on the graphite output. While no clear lubricating effect with graphite use is recognized when drilling CFRP, this can be proven with steel on the basis of significantly lower cutting forces as well as much lower drill wear. A H2Oenrichment of the compressed line air has shown no influence on the lubricating effect of graphite. The method for determining the real coefficient of friction during the drilling process was sucessfully applicated in the example of the presented dry lubrication method.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-603308.html