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Andreas Nestler

Andreas Schubert (Hrsg.)

Erzeugung definierter Oberflächeneigenschaften bei der Drehbearbeitung von partikelverstärkten Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffen

218 Seiten, mit Abb., DIN A5, Broschur

ISBN: 9783942267717

Verlag Wissenschaftliche Scripten

Die spanende Bearbeitung von Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffen durch Verfahren mit geometrisch bestimmter Schneide ist mit Oberflächenunvollkommenheiten, insbesondere in Form von Poren, verbunden. Diese können sich unter dynamischer Belastung negativ auf die Bauteilfestigkeit auswirken. Ziel ist daher die Entwicklung von Technologien zur prozesssicheren Erzeugung von Oberflächeneigenschaften, die eine hohe Dauerfestigkeit begünstigen. Dazu gehören neben einer geringen Rautiefe und einer weitgehend von Unvollkommenheiten freien Oberfläche auch betragsmäßig große Druckeigenspannungen in der Randschicht. Die umfangreichen experimentellen Untersuchungen zur Drehbearbeitung werden am Beispiel einer mit 25 Volumenprozent SiC-Partikeln verstärkten Aluminiumlegierung durchgeführt. Dabei kommen CVD-Diamant-bestückte Wendeschneidplatten mit verschiedenen Geometrien zum Einsatz. Bei den Versuchen werden die Komponenten der Zerspankraft, die mittlere Rautiefe, Oberflächenunvollkommenheiten und die Eigenspannungen in der Randschicht ausgewertet. Die Untersuchungen zeigen, dass die Anzahl und Größe der Oberflächenunvollkommenheiten durch die Zerspanung bei sehr kleinen Vorschüben beziehungsweise die Verwendung von Werkzeugen mit einer mittleren Verschleißmarkenbreite deutlich reduziert werden können. Betragsmäßig hohe Druckeigenspannungen sind durch die Nutzung von Wendeschneidplatten mit kleinen Eckenradien oder einer mittelgroßen Verschleißmarkenbreite sowie bei sehr geringen Vorschüben realisierbar. Die Ergebnisse lassen erwarten, dass eine geeignete Kombination einer Schneidkantenfase mit einer Wipergeometrie die Erzeugung von Oberflächen mit starken Druckeigenspannungen und nur wenigen Poren bei vergleichsweise hohen Vorschüben ermöglicht.

A challenge in the cutting of aluminium matrix composites is the avoidance of surface imper-fections such as microcracks and voids as well as tensile residual stresses on the workpiece. Under dynamic loads during service, these imperfections and stresses can be detrimental to component integrity. The aim of this work is to develop cutting technologies for the genera-tion of surface layers that increase the fatigue strength of the workpieces. To this end, the cut-ting process is required to generate surfaces with small roughness values, surface layers with-out cracks and voids and to impart compressive residual stresses. Comprehensive turning ex-periments are performed on a SiC particle-reinforced aluminium alloy with a volume fraction of 25 % using CVD diamond-tipped inserts with different geometries. The components of the resultant cutting force, the surface roughness, microcracking, void formation and residual stresses of the surface layer were analysed. The results show that the number and size of the imperfections can be reduced markedly by cutting with very small feeds or by using tools with a flank wear land of medium width. High absolute values of compressive residual stress-es in the surface layer can be realized at small feeds, by use of inserts with a small corner ra-dius or with a flank wear land of medium width. It is also concluded that an appropriate selec-tion of cutting edge chamfer and wiper geometry enables the generation of turned surfaces with strong compressive residual stresses and minimal void formation even at relatively high feeds.

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