Micromachining of Stainless Steel
Final Report Abstract
In diesem Projekt wurde das Mikrofräsen des austenitischen Edelstahls X5CrNi18-10 mit Werkzeugdurchmessern von d = 0,5 mm und d = 0,2 mm durch umfangreiche technologische Untersuchungen grundlegend analysiert. Zur Bearbeitung komplexer Taschenstrukturen kamen die am ISF entwickelte Frässimulation ISF Machining und eine kommerzielle CAM-Software zum Einsatz. Die Versuchsergebnisse belegen, dass die Größenverhältnisse bei der Mikrobearbeitung angepasste Bearbeitungsstrategien unabdingbar machen. Die Besonderheiten in der Mikrozerspanung führen dazu, dass die Schnittwerte gezielt und auch die Eintauchstrategien sowie die Fräsbahnen bei besonders kritischen Eingriffsbedingungen, wie etwa bei großen Umschlingungswinkeln, jeweils spezifisch anzupassen sind. Als ursächlich stellen sich werkzeug- und prozessseitig die hohe Bruchempfindlichkeit der Werkzeuge bzw. der Schneiden sowie die geringen Schnitttiefen heraus, die das Auftreten des Ploughing-Effekts begünstigen. Eine weitere Herausforderung in der Mikrozerspanung stellen die Werkstoffeigenschaften des austenitischen Edelstahls X5CrNi18-10 dar. Hierbei erfordern vor allem die hohe Zähigkeit und die hohe Neigung zur Kaltverfestigung Prozessanpassungen. Im Hinblick auf die Schnittwerte stellte sich der Zahnvorschub als entscheidender Parameter dar. Bei sehr geringen Zahnvorschüben resultieren aufgrund von hohen Quetsch- und Reibvorgängen, hervorgerufen durch den Ploughing-Effekt, sehr hohe mechanische Werkzeugbelastungen und damit einhergehender Werkzeugverschleiß, schlechte Oberflächengüten und starker Grataufwurf. Weiterführende Analysen bezüglich des Einflusses des Zahneingriffs auf das Material im Bearbeitungsrandbereich zeigten auf, dass sich die Mikrofräsbearbeitung auch hier erheblich von der Makrobearbeitung unterscheidet. Es konnte weder im Werkstoffgefüge noch in angefertigten Mikrohärtemessungen ein Einfluss nachgewiesen werden. Hier bietet es sich an, weitere grundlegende Untersuchungen anzuschließen, die sich speziell auf die werkstoffseitige Beeinflussung durch den Mikrofräsprozess beziehen. Es sollte analysiert werden, warum dies so beim austenitischen Edelstahl X5CrNi18-10 auftritt und ob dieses Phänomen auch bei anderen Werkstoffgruppen beobachtet werden kann. Im zweiten Teil dieses Projekts wurden Ergebnisse zur optimalen Bearbeitung von komplexen Bauteilen, die eine Anstellung der Kugelkopfwerkzeuge erforderten, erarbeitet. Die systematische Prozessdurchführung erlaubte eine detaillierte Analyse der Einflussfaktoren Anstellrichtung und Anstellwinkel. Hierzu wurden Vorrichtungen eingesetzt, die kompatibel waren mit der Kraftmessplattform, um so die mechanischen Werkzeugbelastungen mit den Verschleißerscheinungen sowie der Bearbeitungsqualität in Korrelation setzen zu können. Abschließend wurden diese Erkenntnisse angewandt, um ein Referenzbauteil fertigen zu können.
Publications
- Analyse der Mikrofräsbearbeitung des Edelstahls X5CrNi18-10. In: VDI-Z Integrierte Produktion, 158 (2016) 10, S. 41-43
Hannich, S.; Biermann, D.
- Mikrobearbeitung von Edelstahl mit Kugelkopfwerkzeugen. In: ZWF – Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb, 111 (2016) 5, S. 276-279
Hannich, S.; Biermann, D.
(See online at https://doi.org/10.3139/104.111511) - Mikrofräsen von rostfreiem austenitischem Edelstahl. In: WB – Werkstatt und Betrieb, 149 (2016) 4, S. 34-37
Hannich, S.; Biermann, D.
- Mikrofräsbearbeitung von austenitischem Edelstahl – Analyse des Einflusses des Zahnvorschubs auf den Werkzeugverschleiß und die Werkstoffänderungen. In: wt Werkstatttechnik online, 107 (2017) 1-2, S. 8-13
Biermann, D.; Hannich, S.; Bücker, M.
(See online at https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.585.149)
