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![]( "Buchcover ISBN 9783843950763")
Untersuchung und Modellierung von Zerspanungsprozessen zur Oberflächenvorbehandlung für das strukturelle Kleben von CFK
von Jens de FreeseMit der zunehmende Verwendung von Kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) in der Luftfahrt sollen vermehrt geklebte Verbindungen zum Einsatz kommen. Als Vorbehandlung hierfür sind mechanische Verfahren wie das Fräsen gut geeignet. Für die Zulassung des Fräsens als Vorbehandlung für lasttragender Klebungen sind jedoch weitere Untersuchungen notwendig.
In dieser Arbeit wurden umfangreiche Versuche zur Vorbehandlung von CFK durch das Stirnfräsen durchgeführt. Die resultierenden Oberflächen und oberflächennahen Laminatbereiche wurden mit Hilfe von Oberflächenanalytik charakterisiert. Darüber hinaus wurde die Festigkeit, der aus diesen Oberflächen resultierenden Klebungen ermittelt. Parallel wurden die Untersuchungen durch Versuche mit anderen mechanischen Vorbehandlungsverfahren ergänzt. Für die Untersuchung der mikrostrukturellen Materialtrennung beim Fräsen wurde ein nichtlinearer Simulationsansatz entwickelt, der auch auf das Schleifen und Strahlen übertragen werden konnte. Die hieraus gewonnenen Erkenntnisse wurden mit Analytik an vorbehandelten Oberflächen sowie an Spanwurzeln aus einem auf das Stirnfräsen angepassten Schnittunterbrechungsversuch validiert.
Durch die Kombination von Analytik und Simulation konnte ein detailliertes Bild der verschiedenen bei der Materialtrennung auftretenden Effekte gewonnen und mit den Eingangsgrößen der Bearbeitungsprozesse verknüpft werden. Dies ermöglicht erstmals eine gezielte Auswahl von Prozessparametern, Werkzeugen und Bearbeitunsstrategien für die Nutzung von Zerspanungsprozessen zur Oberflächenvorbehandlung von CFK. So können negative Effekte weitestgehend vermieden und eine reproduzierbare, hochfeste Klebung gewährleistet werden. Die hierfür zugrunde liegende Modellvorstellung der mikrostrukturellen Spanbildung und die hierfür verwendeten Methoden können auch auf andere Fragestellungen zur Vorbehandlung oder Bearbeitung von Faserverbundwerkstoffen im Allgemeinen übertragen werden.
In dieser Arbeit wurden umfangreiche Versuche zur Vorbehandlung von CFK durch das Stirnfräsen durchgeführt. Die resultierenden Oberflächen und oberflächennahen Laminatbereiche wurden mit Hilfe von Oberflächenanalytik charakterisiert. Darüber hinaus wurde die Festigkeit, der aus diesen Oberflächen resultierenden Klebungen ermittelt. Parallel wurden die Untersuchungen durch Versuche mit anderen mechanischen Vorbehandlungsverfahren ergänzt. Für die Untersuchung der mikrostrukturellen Materialtrennung beim Fräsen wurde ein nichtlinearer Simulationsansatz entwickelt, der auch auf das Schleifen und Strahlen übertragen werden konnte. Die hieraus gewonnenen Erkenntnisse wurden mit Analytik an vorbehandelten Oberflächen sowie an Spanwurzeln aus einem auf das Stirnfräsen angepassten Schnittunterbrechungsversuch validiert.
Durch die Kombination von Analytik und Simulation konnte ein detailliertes Bild der verschiedenen bei der Materialtrennung auftretenden Effekte gewonnen und mit den Eingangsgrößen der Bearbeitungsprozesse verknüpft werden. Dies ermöglicht erstmals eine gezielte Auswahl von Prozessparametern, Werkzeugen und Bearbeitunsstrategien für die Nutzung von Zerspanungsprozessen zur Oberflächenvorbehandlung von CFK. So können negative Effekte weitestgehend vermieden und eine reproduzierbare, hochfeste Klebung gewährleistet werden. Die hierfür zugrunde liegende Modellvorstellung der mikrostrukturellen Spanbildung und die hierfür verwendeten Methoden können auch auf andere Fragestellungen zur Vorbehandlung oder Bearbeitung von Faserverbundwerkstoffen im Allgemeinen übertragen werden.