Zerspanung partikelverstärkter Ti- und TiAl-Verbundwerkstoffe mit geometrisch bestimmter Schneide
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Untersuchung partikelverstärkter Werkstoffe mit der Matrixlegierung TiA16V4 zeigte eine deutliche Abhängigkeit des Zerspanverhaltens vom Verstärkungsanteil. Die festigkeitssteigemde Wirkung der Partikel Verstärkung fuhrt dazu, dass in den erzeugten Spänen größere Segmente stabilisiert werden und dadurch der Segmentierungsgrad der Späne erhöht wird. Gegenüber dem unverstärkten Matrixwerkstoff zeigt sich sowohl beim Segmentierungsgrad, als auch bei den gemessenen Prozesskräften eine deutliche Steigerung. Mit weiter steigendem Verstärkungsanteil ist ein degressiver Anstieg der Zerspankraftkomponenten zu beobachten. Der Werkzeugverschleiß nimmt ebenfalls in einem abflachenden Verlauf mit steigendem Verstärkungsanteil zu. Bei der Verwendung höherer Schnittgeschwindigkeiten wird dieser Verlauf annähemd linear. Durch Abscheren und Herausreißen von Verstärkungspartikeln, die mit der Werkzeugschneide in Kontakt kommen, wird die Oberflächenqualität beeinträchtigt. Durch die Verwendung niedriger Schnittgeschwindigkeiten und negativer Spanwinkel lässt sich dieser Einfluss begrenzen. Bei der Zerspanung der Werkstoffe mit intermetallischem y-TiAl der Legierung TNB V5 als Matrixmaterial zeigte sich, dass mit steigendem Spanungsquerschnitt bei den Werkstoffen mit höherem Verstärkungsanteil geringere Temperaturen und spezifische Kräfte auftraten. Zusammen mit den Ergebnissen aus Biegebruchversuchen der gleichen Werkstoffe ist dies aus einem verminderten Verformungsvermögen abzuleiten, das einerseits durch den Beanspruchungsquerschnitt und andererseits durch die Partikelverstärkung gefordert wird. Der Werkzeugverschleiß bei der Bearbeitung der Verbundwerkstoffe mit TiAl-Matrix ist in diesem Zusammenhang etwas stärker von den kinematischen Prozessparametem abhängig. Mit geringer Schnittgeschwindigkeit und größerem Vorschub verläuft der Verschleiß bei der Bearbeitung von y-TiAl mit einem Verstärkungsgehall von bis zu 10 % auf einem stabilen Niveau. Während bei geringer Schnittgeschwindigkeit der Verschleiß bei dem Werkstoff mit dem höchsten Verstärkungsanteil am größten ist, führt die höhere Schnittgeschwindigkeit zu einem linearen Anstieg des Verschleißes bis zum zweithöchsten Verstärkungsgrad, um dann wieder geringer zu werden. Auf Basis der grundlegenden Erkenntnisse zu den Einflüssen der Partikelverstärkung auf die Spanentstehung bei Ti- und TiAI-MMC ist eine systematische Entwicklung einer wirtschaftlichen Bearbeitungstechnologie möglich. Da im vorliegenden Projekt ausschließlich Untersuchungen im Trockenschnitt durchgeführt wurden, sollte auch der Einfluss der Kühlschmierung betrachtet werden. Das Anwendungspotenizal dieser leistungsfähigen Werkstoffe wird derzeit durch hohe Kosten bei der Werkstoffherstellung und der Bearbeitung noch nicht verwertet. Den Treiber für den industriellen Einsatz z. B. in Verbrennungsmotorkomponenten oder Strukturbauteilen von Flugzeugen stellt die wirtschaftliche Bearbeitbarkeit dar. Während die Beschaffungskosten mit zunehmenden Abnahmemengen zu steuem sind, muss eine verschleißarme Bearbeitungstechnologie für akzeptable Werkzeugkosten sorgen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- 09/2008 Roeder, M.: Ti- und TiAl-MMC-Zerspanverhalten und Eigenschaften. Vortrag: 20. Sitzung des DGM Fachausschusses Titan, 04.09.2008, München.
- Roeder, M.: Zerspanung von partikelverstärktem Titan-MMC. Vortrag: 19. Sitzung des DGM Fachausschusses Titan, 06.09.2007, Berlin.
- Uhlmann, E.; König, J.; Mattes, A.; Richarz, S.; Roeder, M.; Graf von der Schulenburg, M.: Innovative Zerspantechnologien für die Optimiemng von Produktionsprozessen. In: Diamond Business, 3/2007. ISSN 1619-5558
- Uhlmann, E.; Roeder, M.: Cutfing Behaviour of Particle Reinforced Titanium MMC. In: Modem Manufacturing Processes in Mechanical Engineering, Gdansk University of Technology (2007), Danzig, Polen. ISBN 978-83-88579-81-3
- Uhlmann, E.; Roeder, M.: Einfluss der Verstärkungspartikel aufdie Zerspanung von Titan-MMC. Konferenzbeitrag: DGM-Symposium Verbundwerkstoffe, 14.-16.03.2007, Bremen.
- Uhlmann, E.; Roeder, M.: Influence of Reinforcement Particles on the Cutting Behaviour of Titanium MMC. In: Proceedings, EURO PM 2007, 15. - 17.10.2007, Toulouse, Frankreich. ISBN 978-1-89907-231-6
- Uhlmann, E.; Roeder, M.; Herter, S.: Influence ofthe Reinforcement Partides on the Cutting Behaviour of Titanium MMC. In: Proceedings, 11. World Conference on Titanium, 03. - 07.06.2007, Kyoto, Japan. ISBN 978-4-88903-406-6
