| Titel | Untersuchungen zum Verschleiß von Hartmetallen bei der Zerspanung von duro- und thermoplastischen CFK-Werkstoffen |
| Autor | Henrik Buse, Paul Feinle |
| Infos zum Autor | Henrik Buse, MSc. h.buse@hs-mannheim.de Prof. Dr.-Ing. Paul Feinle p.feinle@hs-mannheim.de Hochschule Mannheim Kompetenzzentrum Tribologie Paul-Wittsack-Straße 10 68163 Mannheim |
| Inhalt | Zusammenfassung Bei der Herstellung benötigen Bauteile aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) nach der groben Formgebung des Laminierens oft einen spanabnehmenden Fertigungsschritt wie Fräsen oder Bohren. Dies erfolgt in der Regel mit Werkzeugen aus feinstkörnigen Hartmetallen, die bei der Bearbeitung von CFK jedoch einen hohen Verschleiß zeigen und daraufhin zur Schädigung des Verbundwerkstoffs in Form von Delamination und Matrixbrand führen. Eine Beschichtung führt nicht immer zu besseren Ergebnissen, da die Werkzeugschneiden üblicherweise hierfür vorverrundet werden müssen. Delaminationen und Sauberkeit der Werkstückoberflächen hängen maßgeblich von der Schärfe der Schneiden ab. In diesem Beitrag werden neueste Ergebnisse an einem tribologischen Ersatzsystem für die Zerspanung von CFK mit Hartmetallen vorgestellt. Hierbei handelt es sich um ein modifiziertes Pin-on-Disc-System (Edge-on-Disc). Aufbauend auf die Ergebnisse und Erkenntnisse des Spantec light Projektes der vorangegangenen Jahre, wird die Versuchsstrategie von zerspanungsnahen Belastungskollektiven analysiert. Es werden Ergebnisse für verschiedene Lastverläufe zur Abbildung der Zerspanungsparameter Vorschub und Schnittgeschwindigkeiten am Modellsystem vorgestellt und mit Ergebnissen diskutiert. Hierbei ist der Verschleißbetrag an verschiedenen praxis- und wissenschaftlich relevanten Hartmetallsorten die Bezugsgröße. Bei den Sorten handelt es sich um WC-Korngrößenklassifizierungen vom sub-µm-Bereich bis zu 7-9 µm, bei Kobaltgehalten von 6 bis 25 %. Über das Spektrum der Zusammensetzungen kann durch die Variation des Belastungskollektivs eine maximal ertragbare Flächenpressung ermittelt werden, bei der ein Hartmetall quasi verschleißfrei einsetzbar ist. Im aktuellen Leichtbaukontext sind auch CFK-Gegenkörper mit thermoplastischer (TP) Matrix den bisherigen Bedingungen aus den Untersuchungen mit duroplastischer Matrix gegenübergestellt. Abstract The production of workpieces made from carbon fiber reinforced plastics (CFRP) often demands finishing steps with cutting processes to achieve the final shape and function. Cutting tools used therefore are usually made from finest grained tungsten carbide hard metals (WC). The wear of the tool-edges in CFRP-chipping is very high and induces delamination of fiber layers and matrix degeneration on the workpiece. The scope of this article is the introduction the newest results made with a tribological model system with CFRP and hard metal bodies. This system is similar to a pin-on-disc setup, but modified to work with defined edges on the hard metal body (edge-on-disc). Based on the results and findings of the past years within the spantec light project, the experimental approach on simulating typical chipping load collectives is discussed. The feed and cutting speed of the real process is adapted to specific load over time collectives. These load collectives are described and results are shown, on how the wear of the hard metals depends on the load collective. Hard metals with sub-µm to 7-9 µm tungsten carbide grain sizes and cobalt contents from 6 to 25% are used. Through a range of hard metals, the variation of the load collective shows a limit for the mean contact pressure on the cutting edge, where nearly no wear is measurable. In the actual context of automotive light weight design, thermoplastic CFRPs (TP-CFRP) are also in the scope of this article for a comparing first approach with the same conditions as the hitherto thermoset CFRPs |
| Datum | 2016 |
