Fundamental analysis of ultrasonic assisted metal cutting of gamma titanium aluminid alloys
Final Report Abstract
Als ein Ergebnis des Forschungsvorhabens zum Drehen von g- Titanaluminidwerkstoffen der 3. Generation ist festzuhalten, dass der ursprünglich erwartete positive Einfluss der Ultraschallunterstützung in den eigenen Experimenten nicht erzielt werden konnte, obwohl als Startbedingungen die in der Literatur mitgeteilten Daten und Vorgehensweisen für das ultraschallunterstützte Drehen von g- Titanaluminiden früherer Werkstoffgenerationen angewandt worden sind. Auch die Modifikation von Werkzeugen und Schnittwerten führte nicht zu einwandfreier Spanbildung und vor allem nicht zu rissfreien Werkstückoberflächen. Ausgehend von diesem Ergebnis wurde der Ansatz abgeleitet, zunächst ohne Ultraschallunterstützung Werkzeuggeometrien und Schnittbedingungen zu erarbeiten, die zu glatten und rissfreien Werkstückoberflächen führen und dann erst wieder die Möglichkeit und die Notwendigkeit der Ultraschallunterstützung des Prozesses in Betracht zu ziehen. Mit Hilfe von unbeschichteten Hartmetallwerkzeugen ist es gelungen, Schnittparameter zu erarbeiten, bei deren Anwendung glatte, rissfreie Werkstückoberflächen entstehen. Dies konnte zunächst im Trockenschnitt und dann auch unter Anwendung der Minimalmengenkühltechnik (MM- Kühlung) erreicht werden. Kühlmedium war dabei ein Wasser- Druckluftgemisch. Seine Verwendung erlaubt eine wesentliche Steigerung der Schnittgeschwindigkeit gegenüber dem Trockendrehen. Günstige Werte für den Vorschub f und die Schnitttiefe ap liegen jeweils im Bereich von 50 μm bis 600 μm. Bei kleinem Vorschub ist eine große Schnitttiefe zu wählen und umgekehrt. Die Schnittgeschwindigkeit beim Trockendrehen sollte kleiner als vc = 10 – 15 m/min sein. Beim Drehen unter Einsatz der MM- Kühlung wurden gute Ergebnisse bei vc = 80 m/min erzielt. Es entstanden dabei Oberflächen in Schleifqualität. Im Rohteil vorhandene Druckeigenspannungen wurden durch den Drehprozess reduziert. Nach dem Drehen wies die Randzone aber nach wie vor noch Druckeigenspannungen auf. Neben unbeschichtetem Hartmetall wurden als weitere Schneidstoffe beschichtetes Hartmetall und cBN untersucht. Beide haben sich in den Versuchen nicht bewährt. Es hat sich gezeigt, dass für das Erreichen glatter, rissfreier Oberflächen eine einwandfreie Spanbildung gegeben sein muss. Dies kann bei den sich bis zu etwa 750°C spröde verhaltenden g- Titanaluminiden nur erreicht werden, wenn zusätzlich zu der vorhandenen Erwärmung der Scherzone infolge der dort umgesetzten mechanischen Energie über eine angepasste Schneidengeometrie auch noch Druckeigenspannungen induziert werden. Für die Anpassung der Schneidengeometrie, speziell der Schneidkantengestaltung, wurde auch die FEM- Simulation mit herangezogen.
Publications
- Klocke, Fritz; Gerschwiler, Klaus; Lung, Dieter; Fritsch, Rainer High-Speed Machining of Nickel-Based Alloys Proc. Sixth International Conference on HIGH SPEED MACHINING 2007, San Sebastian, 21-22 March 2007
- Klocke, Fritz; Lung, Dieter; Essel, Ingo Advanced Tools and Processes for Machining of Heat Resistant Alloys for Aero Engine Applications International Conference "Supply on the Wings", Airtec 2006, 17.-20. October 2006, Frankfurt/M
- Klocke, Fritz; Stegen, Axel Dem spröden Stoff die Spanbildung beibringen Werkstatt und Betrieb 10/2006, S. 64-67
