Zerspankraftmodellierung und Prozessgrenzen der Umrissbearbeitung von FKV-Bauteilen mit scheibenförmigen Werkzeugen

Die Fertigung definierter Bauteilkonturen mittels spanender Umrissbearbeitung ist ein wichtiger Schritt bei der Herstellung von Schalenbauteilen aus Faser-Kunststoff-Verbund (FKV). Hierfür können neben dem Fräsen auch Verfahren mit scheibenförmigen Werkzeugen, wie das Trennschleifen und Sägen eingesetzt werden. Mit dem Curved Circular Cutting (CCC) steht zudem ein neuartiges Verfahren zur Verfügung, welches die Bearbeitung gekrümmter Konturen mit entsprechenden Werkzeugen ermöglicht. Die genannten Zerspanverfahren sind für die FKV-Bearbeitung bisher jedoch kaum untersucht. Daher fehlt es für die Prozessauslegung und -optimierung an geeigneten Simulationsmodellen und der Kenntnis der relevanten technologischen Prozessgrenzen.
Die vorliegende Arbeit adressiert diesen Bedarf und stellt ein mechanistisches Zerspankraftmodell zur Verfügung, welches für Zerspankraftsimulationen mit beliebigen scheibenförmigen Werkzeuggeometrien angewendet werden kann. Das Modell bezieht dabei erstmals schräge Schnittbedingungen mit räumlichen Trennvorgängen an den Fasern des FKV ein, die insbesondere bei Anwendung des CCC aufgrund komplexer Eingriffsbedingungen in der Kontaktzone auftreten können. Der resultierende Effekt auf das Trennverhalten des orthotropen Werkstoffs wird mittels Zerspanversuchen an unidirektionalem CFK systematisch untersucht, mathematisch abgebildet und in das Zerspankraftmodell eingebunden.
Ergänzend werden die Ergebnisse umfangreicher experimenteller Untersuchungen genutzt, um technologische Prozessgrenzen des CCC zu identifizieren und auf dieser Basis Empfehlungen für die Anwendung abzuleiten.