Weiterentwicklung und Verbesserung einer Vorrichtung zur Minimierung der Ausfransung und Delamination bei der Fräsbearbeitung von faserverstärkten Materialien

Abstract

Jedes Material besitzt spezifische Eigenschaften wie z. B.<br />Festigkeit oder Gewicht. Durch die Kombination verschiedener Materialien können jene Eigenschaften miteinander verknüpft werden, die erwünscht sind. Das heißt, durch eine gezielte Verbindung zweier Werkstoffe in Form eines Faserverbundes ist es möglich, die positiven Materialeigenschaften zu vereinen. Historisch betrachtet wurden Faserverbundwerkstoffe aufgrund der speziellen Anforderungen von der Raumfahrtindustrie entwickelt. Seither hat der Einsatz von Verbundwerkstoffen in technischen Anwendungen signifikant zugenommen und wird heute gezielt und in großen Mengen in zivilen Bereichen wie der Automobilindustrie und der Konsumgüterindustrie eingesetzt. Aufgrund der Eigenschaften von Verbundwerkstoffen treten bei deren Zerspanung verschiedene Probleme auf, wobei hier die Delamination, Ausfransungen sowie ein erhöhter Werkzeugverschleiß als Hauptprobleme anzuführen sind. Als wesentliche Unterschiede zwischen Metallen und Verbundwerkstoffen sind Struktureigenschaften zu nennen. Wegen der Homogenität und isotropen Eigenschaften der Metalle wird bei deren Bearbeitung die ganze Struktur auf eine ähnliche Weise beansprucht. Im Gegensatz dazu ist bei einer inhomogenen Struktur, wie sie bei Verbundwerkstoffen vorhanden vorliegt, die Bearbeitungsrichtung und damit die verbundene Belastungsrichtung des Materials von entscheidender Bedeutung.<br />Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung und Verbesserung einer vorhandenen Vorrichtung, die zur Minimierung der Ausfransungen und Delaminationen bei der Fräsbearbeitung von faserverstärkten Materialien eingesetzt wird. Mit dieser neu konzipierten Werkzeugvorrichtung werden im Weiteren verschiedene Zerspanungsversuche an zwei unterschiedlichen Materialien, Aramidfaser sowie Dyneemafaser in Epoxidharz - Matrix, durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Versuche werden mithilfe von Auflichtmikroskopen, 3D-Oberflächenscans und mit einem multisensorischen Messsystem analysiert und bewertet.<br />

Each material has specific characteristics such as strength or weight. With the combination of different materials, these characteristics can be linked together, which are requested.<br />Fiber-reinforced composites have been developed based on the specific requirements of the aerospace industry.<br />The use of composite materials in engineering applications has increased and now it is used in large quantities in different fields segments such as automobile industry and the constructional industries.<br />Due to the characteristics of fiber-reinforced composites different problems occur during machining; specially delamination, fraying and tool wear which are the main problems.<br />This master thesis deals with developments and improvement of an existing fixture which is used to minimize fraying and delamination during the milling of fiber reinforced materials.<br />With this newly designed tooling device several cutting tests have been performed on two different materials, namely Aramid fiber and Dyneema fiber in epoxy-resin matrix.<br />The results of these tests are analyzed and evaluated by using a reflected light microscope, 3D surface scans and also with a multi-sensor measuring system.<br />