Zerspankraftmodellierung und Prozessgrenzen der Umrissbearbeitung von FKV-Bauteilen mit scheibenförmigen Werkzeugen
Creators: name: Köttner, Lars
Publisher: name: TUHH Universitätsbibliothek
Year: 2025
Subjects: subject: Zerspankraft
subject: Simulation
subject: Faser-Kunststoff-Verbund
subject: Räumliche Eingriffsbedingung
subject: Trennschleifscheibe
subject: Kreissäge
classificationCode: 6
subject: Technology::670: Manufacturing

description: 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.
description: Machining of defined part contours is an essential step in the production of fiber-reinforced plastic (FRP) shell components. Besides milling, processes with disk-shaped tools such as abrasive cutting and sawing can be used for this purpose. In addition, Curved Circular Cutting (CCC) is a novel technology that enables the machining of curved contours with these type of tools. To date, however, there has been comparatively little research into these FRP machining processes. This results in a lack of suitable simulation models and detailed knowledge of the relevant technological process limits with regard to process design and optimization. This thesis addresses this need and provides a mechanistic cutting force model that can be used for cutting force simulations with arbitrary disk-shaped tool geometries. This model includes for the first time oblique cutting with spatial cutting phenomena at the fibers of the FRP, which can occur in the contact zone due to complex engagement conditions, especially when using the CCC technology. The resulting effect on the cutting behavior of the orthotropic material is systematically investigated by machining tests on unidirectional CFRP, mathematically modeled and integrated into the cutting force model. In addition, the results of comprehensive experimental investigations are used to identify the technological process limitations of CCC and to derive recommendations for the application.