Bionische Werkzeugkonzepte für die schädigungsfreie Bearbeitung von modernen faserverstärkten Hochleistungspolymeren

Für die in einem breiten gesellschaftlichen Konsens als notwendig erachtete Reduzierung der CO2‐Emissionen spielt der Leichtbau, vor allem in der Fahrzeug‐ und Luftfahrttechnik, eine zentrale Rolle. Besonders die Verwendung kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe (CFK), die ein geringes Gewicht bei gleichzeitig hoher Festigkeit zeigen, gilt hierfür als geeignetes Mittel. Diesem Vorteil stehen allerdings Nachteile in Bezug auf die Fertigung entgegen. Vor allem die spanende Bearbeitung ist schwierig, weil die Kohlenstofffasern einen starken Verschleiß an den Werkzeugschneiden bewirken, die somit schnell stumpf werden, was zu Schädigungen der CFK bei der Bearbeitung führt. Die Natur zeigt für Probleme dieser Art einen Lösungsansatz: Nagetierzähne schärfen sich selbst nach. Durch geschickte Kombination harter und weicher Bestandteile wird der Schneidenverschleiß nicht vermieden, sondern so gesteuert, dass der Materialverlust nicht zum Abstumpfen, sondern zum Schärfen der Schneide führt. Dieses Konzept lässt sich auf technische Anwendungen übertragen und wurde für Schneidanwendungen erfolgreich umgesetzt. Im hier beantragten Projekt soll das Konzept auf einen Zerspanprozess übertragen werden. Dazu werden unterschiedliche Schichtkonzepte und Schnittparameter untersucht. Sowohl das Werkzeug als auch das zerspante Material werden werkstoffkundlich eingehend analysiert, um die Werkzeugverschleiß‐ und Werkstoffschädigungsmechanismen zu verstehen und auf dieser Basis den Selbstschärfungseffekt zu optimieren und die Grundlagen für die industrielle Anwendung zu erarbeiten.

Antragsteller

Ruhr-Universität Bochum: Prof. Dr.-Ing. Werner Theissen (Institut für Werkstoffe);
Technische Universität Dortmund: Prof. Dr.-Ing. Dirk Biermann (Institut für Spanende Fertigung);
Universität Duisburg-Essen: Prof. Dr.-Ing. Alfons Fischer (Institut für Produkt Engineering)

Förderlinie: Projektförderung
Fördersumme: 298.000 Euro
Laufzeit: 01.01.2013 – 31.12.2014

Ansprechpartner

Prof. Dr.-Ing. Werner Theisen
Ruhr-Universität Bochum
Institut für Werkstoffe
Universitätsstr. 150
44801 Bochum

Telefon: 0234/32-25964
theisen@wtech.rub.de