DE102017007492A1

DE102017007492A1 - Method for determining the quality and / or suitability of a machining process

Info

Publication number: DE102017007492A1
Application number: DE102017007492.5A
Authority: DE
Inventors: Andreas Weidle; Oliver Neufang
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2017-08-09
Filing date: 2017-08-09
Publication date: 2018-02-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feststellung der Qualität und/oder Eignung eines zerspanenden Bearbeitungsverfahrens anhand eines Prüfkörpers aus einem Faserverbundwerkstoff. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass eine Platte aus dem Faserverbundwerkstoff (C) mit zwei gegenüberliegenden Plattenoberflächen, die über Plattenstirnseiten verbunden sind, bereitgestellt wird und dass in die Platte (C) mehrere Sätze von Ausnehmungen (1–11) von Seiten einer der Plattenoberflächen und/oder stirnseitig eingebracht werden. Ein Satz umfasst wenigstens zwei gleichartig ausgebildete Ausnehmungen, die sich von den Ausnehmungen anderer Sätze hinsichtlich ihrer Kontur unterscheiden. Es wird wenigstens ein erster Satz von wenigstens zwei in unterschiedlichen Richtungen parallel zur Plattenoberfläche orientierten, gleichartigen Ausnehmungen mit denselben Bearbeitungsparametern erzeugt. In einem zweiten Satz werden die gleichartigen Ausnehmungen gleich orientiert oder rotationssymmetrisch ausgebildet und mit jeweils unterschiedlichen Bearbeitungsparametern erzeugt.The invention relates to a method for determining the quality and / or suitability of a machining process using a test specimen made of a fiber composite material. The method is characterized in that a plate of the fiber composite material (C) is provided with two opposite plate surfaces which are connected via plate end faces, and in that in the plate (C) a plurality of sets of recesses (1-11) from one of the Plate surfaces and / or frontally introduced. One set comprises at least two identically formed recesses which differ from the recesses of other sets with respect to their contour. At least a first set of at least two similar recesses oriented in different directions parallel to the plate surface are produced with the same processing parameters. In a second set, the similar recesses are oriented the same or rotationally symmetrical and produced with different processing parameters.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feststellung der Qualität und/oder Eignung eines zerspanenden Bearbeitungsverfahrens anhand eines Prüfkörpers aus einem Faserverbundwerkstoff.The invention relates to a method for determining the quality and / or suitability of a machining process using a test specimen made of a fiber composite material.

Faserverbundwerkstoffe sind im Allgemeinen aus zwei Hauptkomponenten (einer bettenden Matrix sowie verstärkenden Fasern) bestehende Mehrphasen- oder Mischwerkstoffe. So sind bei kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) Kohlenstofffasern und bei glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) Glasfasern in eine Kunststoff-Matrix, beispielsweise Epoxidharz, eingebettet. Durch die Vielzahl von Variationsmöglichkeiten bezüglich der verwendeten Materialien für Matrix und Fasern, der Fasergeometrie (Länge, Dicke), der Faserausrichtung (0°, 45°, 90°), des Lagenaufbaus und der Lagendicke des Faserverbundwerkstoffes sowie des Anteils des Epoxidharzes können die Faserverbundwerkstoffe so deutlich unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, dass Erkenntnisse über Bearbeitungsverfahren, d. h. insbesondere Bearbeitungsstrategien und eingesetzte Werkzeuge, nicht ohne weiteres von einem Faserverbundwerkstoff auf andere übertragen werden können.Fiber composites are generally composed of two major components (a bedding matrix and reinforcing fibers) consisting of multiphase or mixed materials. For example, carbon fiber reinforced plastics (CFRP) contain carbon fibers and glass fiber reinforced plastics (GRP) glass fibers embedded in a plastic matrix such as epoxy resin. Due to the large number of possible variations in terms of the materials used for matrix and fibers, the fiber geometry (length, thickness), fiber orientation (0 °, 45 °, 90 °), layer structure and layer thickness of the fiber composite and the proportion of epoxy resin, the fiber composites have so distinctly different properties that knowledge about processing methods, i. H. especially machining strategies and tools used, can not be easily transferred from one fiber composite material to others.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, zur Bewertung eines Bearbeitungszentrums, wie beispielsweise einer Fräsmaschine, Prüfwerkstücke anzufertigen, um insbesondere anhand dieses gefertigten Prüfwerkstückes die Maschinendynamik zu überprüfen. Bekannt sind auch Prüfwerkstücke zur Beurteilung von Wasserstrahlschneidverfahren (2D).From the prior art, it is known for the evaluation of a machining center, such as a milling machine to make test workpieces to check in particular on the basis of this manufactured test workpiece, the machine dynamics. Also known are test pieces for the assessment of water jet cutting method (2D).

Aus DE 10 2011 110 915 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung von Materialkenndaten, insbesondere bezüglich des Versagensverhaltens, eines plattenförmigen Prüfkörpers aus einem Faserverbundkunststoff sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bekannt, bei dem der Prüfkörper in seiner Prüfstellung randseitig mittels Spannmitteln eingespannt wird, der Lasteintrag in einem mittleren Bereich der den Lasteintrag aufnehmenden Stirnseite erfolgt, und der Prüfkörper bei Lasteintrag im Bereich der den Lasteintrag aufnehmenden Stirnseite getriggert wird.Out DE 10 2011 110 915 A1 is a method for the determination of material characteristics, in particular with respect to the failure behavior of a plate-shaped test body made of a fiber composite plastic and an apparatus for performing the method, in which the test body is clamped in its test position at the edge by means of clamping means, the load entry in a central region of the load entry receiving end side takes place, and the test specimen is triggered at load entry in the area of the load entry receiving end face.

Weiter ist aus DE 199 45 556 A1 ein Verfahren zum Herstellen eines Prüfkörpers aus Faserverbundwerkstoff bekannt, um die Qualität einer Klebeverbindung zu überprüfen. Dabei werden zwei plattenförmigen Fügeteile aus Faserverbundwerkstoff, die jeweils einen angeforderten Ansatz aufweisen so aneinandergefügt, dass sich die Längsränder der Fügeteile sowie deren Ansätze überlappen. Nachfolgend wird die Klebeverbindung in einem Bereich zwischen den aneinandergefügten Längsrändern ausgebildet. Danach werden die in ihren Längsrändern aneinandergefügten Ansätze von den Fügeteilen abgetrennt und als Prüfkörper bereitgestellt.Next is out DE 199 45 556 A1 a method for producing a fiber composite body is known to check the quality of an adhesive bond. In this case, two plate-shaped joining parts made of fiber composite material, each having a required approach so joined together that the longitudinal edges of the joining parts and their approaches overlap. Subsequently, the adhesive joint is formed in an area between the joined longitudinal edges. Thereafter, the juxtaposed in their longitudinal edges approaches are separated from the joining parts and provided as a test specimen.

DE 199 45 558 A1 zeigt ein Verfahren zum Ermitteln oder Überprüfen von Materialkenndaten eines Bauteils aus Faserverbundwerkstoff bekannt, bei dem aus dem Bauteil ein Prüfkörper an zumindest einem der statisch geringen oder nicht relevanten Bereiche des Bauteils entnommen wird. DE 199 45 558 A1 shows a method for determining or verifying material characteristics of a component made of fiber composite material known in which a test body is removed from the component at least one of the statically small or irrelevant areas of the component.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Qualität und/oder Eignung eines zerspanenden Bearbeitungsverfahrens anhand eines Prüfkörpers aus einem Faserverbundwerkstoff in kurzer Zeit festgestellt werden kann.The object of the invention is to provide a method with which the quality and / or suitability of a machining process can be determined in a short time using a test body made of a fiber composite material.

Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The invention results from the features of independent claim 1. Advantageous developments and refinements are the subject of the dependent claims.

Die Aufgabe ist gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 dadurch gelöst, dass eine Platte aus dem Faserverbundwerkstoff mit zwei gegenüberliegenden Plattenoberflächen, die über Plattenstirnseiten verbunden sind, bereitgestellt wird. In die Platte werden mit wenigstens einem Bearbeitungswerkzeug mehrere Sätze von Ausnehmungen von Seiten einer der Plattenoberflächen und/oder stirnseitig eingebracht, wobei ein Satz wenigstens zwei gleichartig ausgebildete Ausnehmungen umfasst, die sich von den Ausnehmungen anderer Sätze hinsichtlich ihrer Kontur unterscheiden. Es wird wenigstens ein erster Satz von wenigstens zwei, insbesondere drei, in unterschiedlichen Richtungen parallel zur Plattenoberfläche orientierten, gleichartigen Ausnehmungen mit denselben Bearbeitungsparametern erzeugt. In einem zweiten Satz werden die gleichartigen Ausnehmungen gleich orientiert oder rotationssymmetrisch ausgebildet und mit jeweils unterschiedlichen Bearbeitungsparametern erzeugt.The object is solved according to the independent claim 1, characterized in that a plate made of the fiber composite material with two opposite plate surfaces, which are connected via plate end faces, is provided. The plate is provided with at least one machining tool a plurality of sets of recesses from one side of the plate surfaces and / or frontally, wherein a set comprises at least two identically shaped recesses, which differ from the recesses of other sets with respect to their contour. At least a first set of at least two, in particular three, similar recesses oriented in different directions parallel to the plate surface are produced with the same processing parameters. In a second set, the similar recesses are oriented the same or rotationally symmetrical and produced with different processing parameters.

Bevorzugt ist das wenigstens eine Bearbeitungswerkzeug ein Fräswerkzeug. Mit dem Fräswerkzeug werden Ausnehmungen in Form von Vertiefungen in der Plattenoberfläche, die Platte durchsetzenden Durchgangsöffnungen und/oder Aussparungen im Bereich wenigstens einer der Stirnseiten der Platte erzeugt.Preferably, the at least one machining tool is a milling tool. With the milling tool recesses in the form of depressions in the plate surface, the plate passing through openings and / or recesses are generated in the region of at least one of the end faces of the plate.

Besonders bevorzugt wird die Platte zwischen einer Grundplatte und einer Spannplatte fixiert. Die Spannplatte weist Spannplattenöffnungen auf, durch die die zu bearbeitende Plattenoberfläche und/oder die zu bearbeitenden Stirnflächen der Platte mit dem Bearbeitungswerkzeug bearbeitet werden. Die Spannplatte liegt vorzugsweise in Bereichen um die Spannplattenöffnungen auf der Platte auf, um ein Abheben einer Materialschicht von dem plattenförmigen Prüfkörper während der Bearbeitung möglichst zu vermeiden und möglichst definierte Bearbeitungsbedingungen sicherzustellen. Die Grundplatte und die Spannplatte sind so ausgebildet, dass sie während der Bearbeitung des plattenförmigen Prüfkörpers nicht mit dem Bearbeitungswerkzeug in Kontakt kommen. Besonders bevorzugt ist dabei, dass die Spannplattenöffnungen derartig an die Kontur der jeweiligen Ausnehmung im Prüfkörper angepasst ist, dass jeweils ein Begrenzungsrand der Spannplattenöffnung und die Kontur der betreffenden Ausnehmung einen gleichbleibenden Abstand aufweisen.Particularly preferably, the plate is fixed between a base plate and a clamping plate. The clamping plate has clamping plate openings through which the plate surface to be processed and / or the end faces of the plate to be machined are machined with the machining tool. The tension plate preferably rests in areas around the tension plate openings on the plate to lift a layer of material from the plate shaped body during processing as possible to avoid and to ensure as defined processing conditions. The base plate and the clamping plate are formed so that they do not come into contact with the machining tool during the processing of the plate-shaped specimen. It is particularly preferred that the clamping plate openings is adapted to the contour of the respective recess in the test specimen such that in each case a boundary edge of the clamping plate opening and the contour of the relevant recess have a constant spacing.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die zu jeder der Ausnehmungen zugehörigen Bearbeitungsparameter, insbesondere Vorschub, Schnittgeschwindigkeit, Eintauchtiefe, Einstellwinkel, Umschlingungswinkel, Durchmesser und/oder Drehzahl des Bearbeitungswerkzeuges, insbesondere des Fräswerkzeugs, in Abhängigkeit von wenigstens einer Variablen in einem Programm für die CNC-Maschine hinterlegt. Bei Eingabe der wenigstens einen Variablen in das Programm wird ein vollständiger Satz von Bearbeitungsparametern für jede Ausnehmung erzeugt. Die Bearbeitungsparameter können dabei auch derart gewählt werden, dass die Ausnehmungen mittels Gegenlauffräsen, Gleichlauffräsen und/oder trochoidalem Fräsen bearbeitet werden. Besonders vorteilhaft kann das Programm auch so ausgelegt sein, dass die Bearbeitung eines Prüfkörpers nicht auf den Einsatz eines bestimmten Bearbeitungswerkzeugs, beispielsweise eines Fräswerkzeugs mit einem bestimmten Schneidendurchmesser festgelegt ist, sondern dass beispielsweise bei Eingabe des Schneidendurchmessers des verwendeten Fräswerkzeugs die weiteren Bearbeitungsparameter, beispielsweise die Drehzahl des Fräswerkzeugs automatisch angepasst werden. Durch Nutzung desselben Programms und damit eines einheitlichen Bearbeitungsablaufes können definierte Versuchsbedingungen geschaffen werden, die besonders geeignet sind, um Prüfwerkstücke miteinander zu vergleichen. Selbstverständlich kann das Programm aber auch manuell oder semi-automatisch abgefahren werden.In a preferred embodiment of the method, the processing parameters associated with each of the recesses, in particular feed, cutting speed, immersion depth, setting angle, wrap angle, diameter and / or speed of the machining tool, in particular the milling tool, in dependence on at least one variable in a program for the CNC Machine deposited. Upon entering the at least one variable into the program, a complete set of processing parameters is generated for each recess. The processing parameters can also be chosen such that the recesses are processed by means of reverse milling, synchronous milling and / or trochoidal milling. Particularly advantageously, the program can also be designed so that the processing of a specimen is not set to the use of a specific machining tool, such as a milling tool with a certain cutting diameter, but that, for example, when entering the cutting diameter of the milling tool used, the other processing parameters, such as the speed be adapted automatically to the milling tool. By using the same program and thus a uniform machining process defined test conditions can be created, which are particularly suitable to compare Prüfwerkstücke with each other. Of course, the program can also be run manually or semi-automatically.

Die Ausnehmungen des wenigstens ersten Satzes sind bevorzugt in unterschiedlichen Richtungen in Bezug auf Fasern des Faserverbundstoffes, vorzugsweise parallel, orthogonal und/oder unter 45° zu den Fasern, orientiert. Nachdem die Ausnehmungen des wenigstens ersten Satzes mit denselben Bearbeitungsparametern erzeugt werden, lässt sich jeweils der Einfluss der Faserorientierung auf das Bearbeitungsergebnis feststellen.The recesses of the at least first set are preferably oriented in different directions with respect to fibers of the fiber composite, preferably parallel, orthogonal and / or less than 45 ° to the fibers. After the recesses of the at least first set are generated with the same processing parameters, the influence of the fiber orientation on the processing result can be determined in each case.

Der wenigstens eine zweite Satz von Ausnehmungen umfasst insbesondere wenigstens drei Ausnehmungen, wobei wenigstens einer der Bearbeitungsparameter für jede der drei Ausnehmungen variiert wird. Durch Vergleich der erzeugten Ausnehmungen, insbesondere in Bezug auf Konturgenauigkeit, Ausfransungen, Delamination und/oder Oberflächenstruktur kann eine Tendenz erkannt werden, welcher Wert des Bearbeitungsparameters besonders geeignet ist bzw. in welcher Richtung der Bearbeitungsparameter zur Erzielung besserer Ergebnisse geändert werden sollte.In particular, the at least one second set of recesses comprises at least three recesses, wherein at least one of the machining parameters for each of the three recesses is varied. By comparing the recesses produced, in particular with regard to contour accuracy, fraying, delamination and / or surface structure, a tendency can be recognized which value of the machining parameter is particularly suitable or in which direction the machining parameter should be changed in order to achieve better results.

Besonders bevorzugt werden wenigstens kreisrunde, dreieckige, viereckige, längliche, kammartige Ausnehmungen und/oder Ausnehmungen, die sowohl konkave als auch konvex gekrümmte Ränder aufweisen, in die Platte eingebracht. Besonders bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem jeweils mehrere kreisrunde, dreieckige, viereckige, längliche, kammartige Ausnehmungen und Ausnehmungen, die sowohl konkave als auch konvex gekrümmte Ränder aufweisen, in die Platte eingebracht werden.Particularly preferably, at least circular, triangular, quadrangular, elongated, comb-like recesses and / or recesses, which have both concave and convex curved edges, introduced into the plate. Particularly preferred is a method in which a plurality of circular, triangular, quadrangular, elongated, comb-like recesses and recesses, which have both concave and convex curved edges, are introduced into the plate.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden Abmessungen, Oberflächenstrukturen und/oder Strukturen von Randbereichen der erzeugten Ausnehmungen erfasst und mit Sollwerten und/oder Sollstrukturen verglichen. Dabei kann insbesondere jeder Ausnehmung eine Bewertungszahl zugeordnet werden, die die Qualität der Bearbeitung repräsentiert. Aus den Bewertungszahlen sämtlicher Ausnehmungen kann dann insbesondere ein Maß für eine Eignung der Bearbeitungsparameter zur Bearbeitung des Faserverbundstoffes mit dem Bearbeitungswerkzeug und/oder eine Eignung des Bearbeitungswerkzeuges zur Bearbeitung des Faserverbundstoffes mit den Bearbeitungsparametern und/oder eine Eignung des Faserverbundwerkstoffes zur Bearbeitung mit den Bearbeitungsparametern und dem Bearbeitungswerkzeug gewonnen werden.In a preferred embodiment of the method, dimensions, surface structures and / or structures of edge regions of the recesses produced are detected and compared with desired values and / or desired structures. In this case, in particular each recess can be assigned an evaluation number which represents the quality of the processing. From the evaluation numbers of all recesses can then in particular a measure of suitability of the machining parameters for processing the fiber composite with the machining tool and / or suitability of the machining tool for processing the fiber composite with the processing parameters and / or suitability of the fiber composite material for processing with the processing parameters and Machining tool to be won.

Besonders bevorzugt erfolgt die Erfassung der Abmessungen, Oberflächenstrukturen und/oder Strukturen von Randbereichen mittels bildgebender und/oder taktiler Verfahren.Particularly preferably, the detection of the dimensions, surface structures and / or structures of edge regions takes place by means of imaging and / or tactile methods.

Der Vergleich kann insbesondere rechnergestützt durch Anwendung von Bilddatenauswerteverfahren und/oder Messdatenauswerteverfahren erfolgen.The comparison can in particular be computer-aided by application of image data evaluation methods and / or measured data evaluation methods.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass eine Aussage über die Wechselwirkung von Bearbeitungsstrategie, Werkzeug und/oder Werkstoffqualität durch Anfertigung eines Prüfwerkstückes in der erfindungsgemäßen Weise möglich ist. So lassen sich schlussendlich zur Bearbeitung eines bestimmten Faserverbundwerkstoffes geeignete Bearbeitungsstrategien und/oder geeignete Bearbeitungswerkzeuge bestimmen. Dies beinhaltet, die Bestimmung von geeigneten Bearbeitungsparametern, beispielsweise Vorschub, Schnittgeschwindigkeit, Eintauchtiefe, Einstellwinkel, Umschlingungswinkel, Durchmesser und/oder Drehzahl eines vorgegebenen Fräswerkzeugs. Genauso ist aber auch erkennbar, ob beispielsweise seitens der Fertigung angeforderte Bearbeitungsparameter (insbesondere Bearbeitungsgeschwindigkeiten) eine ausreichende Bearbeitungsqualität ermöglichen und/oder in welcher Weise die Bearbeitungsparameter optimiert werden können oder müssen. Auch lässt sich eine Eignung eines bestimmten Werkzeuges zur Bearbeitung eines vorgegebenen Faserverbundwerkstoffes unter den verschiedenen Bearbeitungsparametern erkennen, insbesondere ob die Qualitätsanforderungen und/oder fertigungsbedingten Anforderungen, wie Bearbeitungsgeschwindigkeit, erreicht werden können. Insbesondere kann durch zusätzliche Erfassung einer Abnutzung des Werkzeuges, beispielsweise durch bildgebende und/oder taktile Verfahren, auch eine Aussage über die für die Fertigungsplanung wichtige Standzeit des Werkzeuges getroffen werden.The particular advantage of the method according to the invention is that a statement about the interaction of machining strategy, tool and / or material quality by making a Prüfwerkstückes in the manner according to the invention is possible. Thus, finally, suitable machining strategies and / or suitable machining tools can be determined for machining a specific fiber composite material. This includes the determination of suitable processing parameters, for example feed, cutting speed, immersion depth, setting angle, Wrap angle, diameter and / or speed of a given milling tool. In the same way, however, it can also be recognized whether, for example, machining parameters requested by the production (in particular machining speeds) make it possible to achieve sufficient machining quality and / or how the machining parameters can or must be optimized. Also, a suitability of a particular tool for processing a given fiber composite material among the various processing parameters can be recognized, in particular whether the quality requirements and / or production-related requirements, such as processing speed, can be achieved. In particular, by additional detection of a wear of the tool, for example by imaging and / or tactile methods, a statement about the important for the production planning tool life of the tool can be made.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.Further advantages, features and details will become apparent from the following description in which - where appropriate, with reference to the drawings - at least one embodiment is described in detail. The same, similar and / or functionally identical parts are provided with the same reference numerals.

Es zeigen:Show it:

1 Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens 1 Flowchart of the method according to the invention

2 Prüfkörperplatte mit beispielhaftem Bearbeitungsmuster (Graustufenbild) 2 Specimen plate with exemplary processing pattern (grayscale image)

3 unbearbeitete Faserverbundwerkstoffplatte zwischen Grundplatte und Spannplatte (Graustufenbild) 3 unprocessed fiber composite board between base plate and chipboard (grayscale image)

4a, b Prüfwerkstückplatten (Graustufenbild) 4a , b test pieces (grayscale picture)

5 Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens 5 Flowchart of a preferred embodiment of the method according to the invention

1 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zunächst wird in einem ersten Verfahrensschritt 110 eine Platte aus einem Faserverbundwerkstoff bereitgestellt, vorzugsweise in einem rechteckigen Format, wobei die Seiten des Rechtecks vorzugsweise parallel bzw. orthogonal zu einer Hauptfaserrichtung orientiert sind. Bevorzugt kann die Platte eine Dicke zwischen etwa 2 und 10 mm aufweisen. Die Platte wird dann vorzugsweise zwischen einer Grundplatte und einer Spannplatte befestigt, wie dies aus 3 erkennbar ist. Im Anschluss daran erfolgt die Einbringung der Ausnehmungen, wobei die einzuarbeitenden Konturen sowie die zugehörigen Bearbeitungsparameter bevorzugt variablenbasiert in einem Programm zur Ansteuerung einer CNC-Bearbeitungszentrum (Fräsmaschine) hinterlegt sind. Das Programm ist vorzugsweise so ausgelegt, dass die Bearbeitung der Prüfwerkstoffplatte nicht auf die Bearbeitung mit einem Fräswerkzeug mit fest vorgegebenem Schneidendurchmesser festgelegt ist. Insbesondere kann mit dem Programm eine für den eingegebenen Schneidendurchmesser des eingesetzten Fräswerkzeugs zugehörige Drehzahl des Fräswerkzeugs ermittelt und/oder eingestellt werden. So können die Prüfwerkstoffplatten mit Schneidendurchmessern von 12 mm, 10 mm, 8 mm, 6 mm, etc. bearbeitet werden, wobei der maximale Schneidendurchmesser beispielsweise durch den Abstand zwischen den einzelnen Ausnehmungen und/oder durch Abmessungen der Ausnehmungen begrenzt sein kann. Denkbar ist auch, dass die Bearbeitungsparameter mittels des Programms an eine eingebbare Dicke der Platte angepasst werden. Für die Ausbildung wenigstens eines ersten Satzes von gleichartig, d. h. bezüglich ihrer Kontur, ausgebildeten Ausnehmungen (Verfahrensschritt 120) werden diese zwar mit den gleichen Bearbeitungsparametern, aber in unterschiedlichen Richtungen orientiert in die Platte eingebracht. Für die Ausbildung wenigstens eines zweiten Satzes von bezüglich ihrer Kontur gleichartig ausgebildeten Ausnehmungen (Verfahrensschritt 130) werden gleich orientierte oder rotations- bzw. drehsymmetrisch ausgebildete Ausnehmungen jeweils mit unterschiedlichen Bearbeitungsparametern erzeugt. 1 shows a flowchart of the method according to the invention. First, in a first process step 110 a plate of a fiber composite material provided, preferably in a rectangular format, wherein the sides of the rectangle are preferably oriented parallel or orthogonal to a main fiber direction. Preferably, the plate may have a thickness between about 2 and 10 mm. The plate is then preferably secured between a base plate and a clamping plate, as is apparent 3 is recognizable. Subsequently, the introduction of the recesses, wherein the incorporated contours and the associated processing parameters are preferably variable-based in a program for controlling a CNC machining center (milling machine) are deposited. The program is preferably designed so that the processing of the test material plate is not set to work with a milling tool with a fixed predetermined cutting diameter. In particular, the program can be used to determine and / or set a rotational speed of the milling tool associated with the input cutting diameter of the milling tool used. Thus, the test material plates can be machined with cutting diameters of 12 mm, 10 mm, 8 mm, 6 mm, etc., wherein the maximum cutting diameter, for example, by the distance between the individual recesses and / or dimensions of the recesses may be limited. It is also conceivable that the processing parameters are adapted by means of the program to an insertable thickness of the plate. For the formation of at least a first set of similar, ie with respect to their contour, formed recesses (method step 120 ) These are indeed introduced with the same processing parameters, but oriented in different directions in the plate. For the formation of at least a second set of similar with respect to their contour formed recesses (method step 130 ) are formed identically oriented or rotationally or rotationally symmetrical recesses each with different processing parameters.

2 zeigt ein Beispiel, welche verschiedenen Arten von Ausnehmungen zum Erhalt des plattenförmigen Prüfkörpers B in das Ausgangsmaterial eingearbeitet werden und wie diese in kompakter Weise angeordnet werden können, um die Prüfkörperplatte B in handlichem Format zu erhalten. Zu erkennen sind mehrere Sätze von gleichartig ausgebildeten Ausnehmungen, die mit einem Fräswerkzeug erzeugt wurden. Im Einzelnen sind vier dreieckige Vertiefungen 1 und drei viereckige Vertiefungen 2 in Form von mit Rundungen versehenen planen Flächen in die Prüfwerkstoffplatte eingearbeitet. Des Weiteren werden zwölf Bohrungen 3, jeweils mit verschiedenen Bohrstrategien, beispielsweise Einstechen und Aufweiten, vorgesehen. Die fünf Besäumungen 4 weisen konvexe und konkave Rundungen mit verschiedenen Radien auf. Anhand der zehn Nuten 5 kann Gleichlauf und Gegenlauf beim Ein- und Ausfahren, d. h. Eintauchen in das Material bzw. Herausfahren aus dem Material ins Freie überprüft werden. Die Durchgangsbohrungen 6 weisen als Durchmesser den Werkzeugdurchmesser auf. Die fünf runden Flächen 7 können beispielsweise mittels trochoidalen Fräsen hergestellt werden. Anhand der kammartigen Strukturen 8 kann die Richtungsabhängigkeit beim Ein- und Ausfahren beurteilt werden. Die Nuten 9 weisen einen im Vergleich zu den Nuten 5 veränderten Umschlingungswinkel auf. Des Weiteren sind Nuten 10 vorgesehen; hier neun mal drei Varianten zum Einstechen und Herausfahren in bzw. aus der planen Fläche. Jeweils drei mal drei Varianten sind dabei in gleicher Richtung orientiert. In die Prüfwerkstoffplatte werden außerdem noch drei runde Vertiefungen 11 in Form von planen Flächen eingebracht. Die jeweils gleichartig ausgebildeten Ausnehmungen bilden jeweils einen Satz. Die in unterschiedlichen Richtungen orientierten Dreiecke 1, kammartige Strukturen 8, Nuten 5, 9 und Nuten 10 bilden dabei jeweils einen ersten Satz, anhand dem jeweils der Einfluss der Faserrichtung auf die Bearbeitung bzw. das Bearbeitungsergebnis überprüft werden kann. Vorteilhaft wird jeder der ersten Sätze von wenigstens in drei unterschiedlichen Richtungen orientierten Ausnehmungen gebildet, die gegeneinander wenigstens um 45° bzw. 90° verdreht sind. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Prüfwerkstoffplattenausschnitt so gewählt wird, dass die Faserrichtungen 0°, 45° oder 90° zu den in unterschiedlichen Richtungen orientierten Ausnehmungen ausgerichtet ist. Anstelle der hier gezeigten Dreiecke, Nuten und kammartigen Strukturen können selbstverständlich auch andere Strukturen und/oder andere Drehwinkel vorgesehen werden. Zur Untersuchung des Einflusses der Faserrichtung ist es günstig, wenn die Drehwinkel so gewählt werden, dass die Strukturen wenigstens einmal parallel und einmal unter einem möglichst großen Winkel zur Faserrichtung bearbeitet werden und dass die Strukturen bezüglich des oder der gewählten Drehwinkel nicht drehsymmetrisch sind. Auf der Platte sind darüberhinaus noch gleichartige und gleichorientierte bzw. dreh- bzw. rotationssymmetrische Ausnehmungen angeordnet, die mit unterschiedlichen Bearbeitungsstrategien/Bearbeitungsparametern erzeugt werden und zweite Sätze von Ausnehmungen bilden. Beispiele hierfür sind die Bohrungen 3, die Besäumungen 4, die Nuten 5, die Nuten 9, die Durchgangsbohrungen 6, die runden Flächen 7, die Nuten 10 oder die runden Vertiefungen 11. Durch die kompakte Anordnung der mit unterschiedlichsten Bearbeitungsstrategien und/oder Orientierungen eingebrachten Ausnehmungen auf einer Prüfwerkstoffplatte lässt sich in kurzer Zeit, beispielsweise bereits nach 45 Minuten, eine Aussage über die Leistungsfähigkeit des Fräswerkzeuges bezogen auf den zu untersuchenden Werkstoff bzw. in Bezug auf die unterschiedlichen Bearbeitungsstrategien treffen. Außerdem ist eine Beurteilung der mit dem Zerspanwerkzeug erreichbaren Bauteilqualität in kurzer Zeit möglich. 2 Fig. 10 shows an example of what different kinds of recesses for obtaining the plate-like specimen B are incorporated in the starting material and how they can be arranged in a compact manner to obtain the specimen plate B in a handy format. To recognize are several sets of identically shaped recesses that were created with a milling tool. In detail, there are four triangular depressions 1 and three quadrilateral depressions 2 incorporated into the test material plate in the form of rounded surfaces. In addition, twelve holes 3 , each with different drilling strategies, such as grooving and widening provided. The five trimmings 4 have convex and concave curves with different radii. Based on the ten grooves 5 It is possible to check synchronism and counter-rotation during extension and retraction, ie immersion in the material or moving out of the material into the open air. The through holes 6 have as diameter the tool diameter. The five round surfaces 7 can be made for example by means of trochoidal milling. Based on the comb-like structures 8th the directional dependence during extension and retraction can be assessed. The groove 9 have one compared to the grooves 5 changed wrap angle on. Furthermore, there are grooves 10 intended; here nine times three variants for grooving in and out of the plane surface. In each case three times three variants are oriented in the same direction. In addition, three round recesses are added to the test material plate 11 introduced in the form of flat surfaces. Each identically formed recesses each form a sentence. The triangles oriented in different directions 1 , comb-like structures 8th , Grooves 5 . 9 and grooves 10 in each case form a first sentence, by means of which the influence of the fiber direction on the processing or the processing result can be checked in each case. Advantageously, each of the first sets of recesses oriented at least in three different directions is formed, which are rotated relative to one another by at least 45 ° or 90 °. It is particularly advantageous if the test material panel cut-out is selected such that the fiber directions are oriented at 0 °, 45 ° or 90 ° to the recesses oriented in different directions. Of course, other structures and / or different angles of rotation may be provided instead of the triangles, grooves and comb-like structures shown here. In order to investigate the influence of the fiber direction, it is favorable if the angles of rotation are selected such that the structures are processed at least once in parallel and once at the greatest possible angle to the fiber direction and that the structures are not rotationally symmetric with respect to the selected rotational angle or angles. On the plate beyond similar and identically oriented or rotationally or rotationally symmetrical recesses are arranged, which are produced with different processing strategies / processing parameters and form second sets of recesses. Examples are the holes 3 , the trimming 4 , the grooves 5 , the grooves 9 , the through holes 6 , the round surfaces 7 , the grooves 10 or the round wells 11 , Due to the compact arrangement of recesses introduced on a test material plate with a wide variety of processing strategies and / or orientations, a statement about the performance of the milling tool relative to the material to be investigated or with respect to the different processing strategies can be made in a short time, for example already after 45 minutes to meet. In addition, an assessment of achievable with the cutting tool component quality in a short time is possible.

3 zeigt eine unbearbeitete Faserverbundwerkstoffplatte C, hier beispielhaft eine Platte aus kohlenfaserverstärktem Kunststoff (CFK), die zwischen der Grundplatte A und der Spannplatte D fixiert ist. Hierzu kann die Spannplatte beispielsweise eine oder mehrere Bohrungen E aufweisen, so dass die Prüfwerkstoffplatte mithilfe von Schrauben und der Spannplatte und entsprechend in der Grundplatte eingebrachten Gewindebohrungen fixiert werden kann. Das Fräswerkzeug wird durch die Spannplattenöffnungen hindurchgeführt, um die Prüfwerkstoffplatte zu bearbeiten. Zu erkennen ist, dass nicht nur Bereiche der Plattenoberfläche für das Fräswerkzeug zugänglich sind, sondern auch Bereiche der Stirnseiten der Prüfwerkstoffplatte (in der Figur die rechte sowie die obere und die untere Stirnseite). Auf diese Weise kann auch das Ein- und Ausfahren des Fräswerkzeuges in das Material von der Seite her überprüft werden. Die Spannplatte D liegt zumindest in den Bereichen um die Spannplattenöffnungen auf der Prüfwerkstoffplatte auf, um ein Abheben des Prüfmaterials zu vermeiden. 3 shows an unprocessed fiber composite sheet C, here for example a plate of carbon fiber reinforced plastic (CFRP), which is fixed between the base plate A and the clamping plate D. For this purpose, the clamping plate, for example, have one or more holes E, so that the Prüfwerkstoffplatte using screws and the clamping plate and corresponding introduced in the base plate threaded holes can be fixed. The milling tool is passed through the clamping plate openings to machine the test material plate. It can be seen that not only areas of the plate surface are accessible to the milling tool, but also areas of the end faces of the test material plate (in the figure, the right and the top and the bottom end face). In this way, the extension and retraction of the milling tool can be checked in the material from the side. The clamping plate D is at least in the areas around the clamping plate openings on the Prüfwerkstoffplatte on to avoid lifting of the test material.

In den 4a und 4b sind Prüfwerkstoffplatten abgebildet, die mit denselben Bearbeitungsparametern, aber mit unterschiedlichen Fräswerkzeugen hergestellt wurden. Das Prüfwerkstück in 4a zeigt, dass der dort eingesetzte Fräser eine hohe Bauteilqualität liefern kann, wohingegen der in 4b getestete Fräser ein schlechtes Ergebnis zeigt. Insbesondere sind in 4b, in den mit weißen Kreisen bzw. Ellipsen gekennzeichneten Ausnehmungen im Vergleich zu 4a, deutliche Ausfransungen des Faserverbundwerkstoffes sowie unerwünschte Grate zu erkennen.In the 4a and 4b are test material plates, which were produced with the same processing parameters, but with different milling tools. The test piece in 4a shows that the milling cutter used there can deliver a high component quality, whereas in 4b tested cutter shows a bad result. In particular, in 4b , in the recesses marked with white circles or ellipses in comparison to 4a to detect significant fraying of the fiber composite material and unwanted burrs.

Zur Quantifizierung der Eignung eines Bearbeitungsverfahrens, insbesondere der Wechselwirkung zwischen Bearbeitungsstrategie, Bearbeitungswerkzeug und/oder Faserverbundwerkstoff werden zu sämtlichen Ausnehmungen Abmessungen, Oberflächenstrukturen und/oder Strukturen von Randbereichen erfasst (5, Verfahrensschritt 140), mit entsprechenden Sollabmessungen, Soll-Oberflächenstrukturen und/oder Soll-Strukturen der Randbereiche verglichen (Verfahrensschritt 150) und jeweils eine Bewertungszahl zugeordnet (Verfahrensschritt 160). Beispielsweise kann hierzu eine Bewertungsmatrix eingesetzt werden. Aus sämtlichen Bewertungszahlen wird dann ein Maß für die Eignung des Verfahrens für die Bearbeitung des Prüfwerkstoffes ermittelt (Verfahrensschritt 170). Mithilfe des vorzugsweise in einer CNC-Bearbeitungsmaschine hinterlegten Programms ist es also möglich, in kurzer Zeit eine Vielzahl unterschiedlicher Einstellungen zu testen und das passende Werkzeug für die jeweilige Zerspanungsoperation zu identifizieren. Bevorzugt werden zudem noch die Bauteilqualität und der Werkzeugverschleiß aufgenommen, um Aufschluss über die Werkzeuglebensdauer und die Bearbeitungsqualität zu bekommen. Beispielhaft kann für Vergleich, Bewertung und Ermittlung eine Bewertungsmatrix in Form einer mit einem Tabellenkalkulationsprogramm erstellten Tabelle eingesetzt werden, in der Bilder und/oder Beschreibungen der verschiedenen Ausnehmungen in den unterschiedlichen Qualitäten hinterlegt sind. Aus den Bildern und/oder Beschreibungen ist erkennbar, wie die einzelnen Ausnehmungen des hergestellten Prüfwerkstückes durch Zuordnung eines Prädikats wie gut, schlecht, ungenügend, etc. und/oder einer Bewertungszahl zu bewerten sind. Vorteilhaft kann das Tabellenkalkulationsprogramm dann auch für die Gewichtung und die Zusammenfassung der Prädikate und/oder der Bewertungszahlen der einzelnen Ausnehmungen eingesetzt werden, um das oben genannte Maß für die Eignung zu erhalten. Hierdurch ist eine schnelle Einordnung der Wechselwirkungen und der anwendungsbezogenen Eignung von Werkzeug, Werkstoff und entsprechenden Bearbeitungsparametern anhand eines Zahlenwertes möglich. Vorteilhaft erfolgen Vergleich, Bewertung und Ermittlung des Eignungsmaßes voll automatisiert unter Einsatz von auf einer Computereinheit implementierten Bildauswerteverfahren und/oder entsprechenden Auswerteprogrammen zur Ermittlung der Bewertungszahlen und/oder des Eignungsmaßes.In order to quantify the suitability of a machining method, in particular the interaction between machining strategy, machining tool and / or fiber composite material, dimensions, surface structures and / or structures of edge regions are recorded for all the recesses ( 5 , Process step 140 ), with corresponding desired dimensions, target surface structures and / or target structures of the edge regions compared (method step 150 ) and each assigned an evaluation number (method step 160 ). For example, an evaluation matrix can be used for this purpose. From all evaluation figures, a measure of the suitability of the method for processing the test material is then determined (method step 170 ). With the aid of the program, which is preferably stored in a CNC processing machine, it is thus possible to test a large number of different settings in a short time and to identify the appropriate tool for the respective cutting operation. In addition, the component quality and the tool wear are preferably also included in order to obtain information about the tool life and the machining quality. By way of example, a comparison matrix in the form of a table created using a spreadsheet program can be used for comparison, evaluation and determination, in which images and / or descriptions of the different recesses in the different recesses Qualities are deposited. It can be seen from the images and / or descriptions how the individual recesses of the produced test piece are to be evaluated by assigning a predicate such as good, bad, inadequate, etc. and / or an evaluation number. Advantageously, the spreadsheet program can then also be used for the weighting and the summary of the predicates and / or the evaluation numbers of the individual recesses in order to obtain the abovementioned measure of suitability. This makes it possible to rapidly classify the interactions and the application-related suitability of the tool, material and corresponding processing parameters on the basis of a numerical value. Advantageously, comparison, evaluation and determination of the suitability measure are carried out fully automatically using image evaluation methods implemented on a computer unit and / or corresponding evaluation programs for determining the evaluation numbers and / or the suitability measure.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterung in der Beschreibung, definiert wird.Although the invention has been further illustrated and explained in detail by way of preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention. It is therefore clear that a multitude of possible variations exists. It is also to be understood that exemplified embodiments are really only examples that are not to be construed in any way as limiting the scope, applicability, or configuration of the invention. Rather, the foregoing description and description enable the skilled artisan to practice the exemplary embodiments, and those of skill in the knowledge of the disclosed inventive concept may make various changes, for example, to the function or arrangement of particular elements recited in an exemplary embodiment. without departing from the scope defined by the claims and their legal equivalents, such as further explanation in the description.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Dreieckige AusnehmungTriangular recess
22: Viereckige AusnehmungSquare recess
33: Bohrungdrilling
44: Besäumungtrimming
55: Nutgroove
66: Durchgangsbohrung mit WerkzeugdurchmesserThrough hole with tool diameter
77: Runde AusnehmungRound recess
88th: Kammartige StrukturComb-like structure
99: Nutgroove
1010: Nutgroove
1111: Runde AusnehmungRound recess
AA: Grundplattebaseplate
BB: PrüfwerkstückplattePrüfwerkstückplatte
CC: Unbearbeitete FaserverbundwerkstoffplatteUnprocessed fiber composite panel
DD: Spannplattechipboard
Ee: Gewindebohrungthreaded hole

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102011110915 A1 [0004]
DE 19945556 A1 [0005]
DE 19945558 A1 [0006]

Claims

Method for determining the quality and / or suitability of a machining process using a test piece made of a fiber composite material, characterized in that a plate made of the fiber composite material (C) with two opposite plate surfaces, which are connected via plate end faces is provided that for the preparation of the test specimen into the plate (C) with at least one processing tool a plurality of sets of recesses ( 1 - 11 ) are introduced from one of the plate surfaces and / or at the ends, that one set comprises at least two identically formed recesses different in shape from the recesses of other sets in that at least a first set of at least two oriented in different directions parallel to the plate surface , similar recesses with the same processing parameters is generated, and that in a second set the similar recesses are the same orientation or rotationally symmetrical and generated with different processing parameters.

A method according to claim 1, characterized in that the at least one machining tool is a milling tool and that with the milling tool recesses ( 1 - 11 ) in the form of depressions ( 1 . 2 . 11 ) in the plate surface, the plate passing through holes ( 3 . 4 . 6 - 8th . 10 ) and / or recesses ( 5 . 9 ) are generated in the region of the end faces of the plate.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the plate (C) between a base plate (A) and a clamping plate (D) is fixed, that the clamping plate (D) clamping plate openings, through which the plate surface to be processed and / or machined faces of the plate (C) are machined with the machining tool that the clamping plate (D) in areas around the clamping plate openings on the plate (C) rests, and that the base plate (A) and the clamping plate (D) during processing is not come into contact with the machining tool.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the processing of the plate (C) is carried out with a CNC machine, that to each of the recesses ( 1 - 11 ), in particular feed, cutting speed, immersion depth, setting angle, wrap angle, diameter and / or speed of the at least one machining tool depending on at least one variable in a program for the CNC machine are deposited, and that when entering the at least one variable in the program a complete set of machining parameters for each recess ( 1 - 11 ) is produced.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the recesses ( 1 - 11 ) of the at least first set are oriented in different directions with respect to fibers of the fiber composite, preferably parallel, orthogonal and / or at 45 ° to the fibers.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the at least one second set of at least three recesses ( 1 - 11 ) includes varying at least one of the processing parameters for each of the three recesses.

Method according to one of claims 1 to 6, that at least circular ( 3 . 6 . 7 . 11 ), triangular ( 1 ), quadrangular ( 2 ), oblong ( 5 . 9 . 10 ), comb-like ( 8th ) Recesses and / or recesses ( 4 ) having both concave and convex edges are inserted into the plate (C).

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that dimensions, surface structures and / or structures of edge regions of the recesses produced ( 1 - 11 ) and compared with desired values and / or desired structures, that each recess ( 1 - 11 ) and that from the evaluation numbers a measure of suitability of the machining parameters for processing the fiber composite with the machining tool and / or suitability of the machining tool for processing the fiber composite with the processing parameters and / or suitability of the fiber composite material for processing with the processing parameters and the machining tool is obtained.

A method according to claim 8, characterized in that the detection of the dimensions, surface structures and / or structures of edge regions by means of imaging and / or tactile method.

Method according to claim 8 or 9, characterized in that the comparison is computer-aided by application of image data evaluation methods and / or measured data evaluation methods.