Graf, A. (2016). Bearbeitung von Werkstoffverbunden mittels intern und extern gekühlter Wendeschneidplatte [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. http://hdl.handle.net/20.500.12708/79062
engine construction; combustion engines; cutting tools; experimental research
en
Abstract:
Im Motorenbau kommen vermehrt Werkstoffverbunde zum Einsatz. Beispiel hierfür ist das Verstärken von Motorblöcken aus Aluminiumlegierungen mit Grauguss an hoch belasteten Bereichen. Konkret geht es in dieser Diplomarbeit um die Kurbelwellenbohrung, die bei modernen Aluminium-Kurbelwellengehäuse aus einer Material bestehen. Da hierbei eine sequenzielle Bearbeitung, also das separate Bearbeiten der einzelnen Werkstoffe nicht möglich ist, müssen beide Werkstoffe gleichzeitig beim Ausdrehen zerspant werden. Durch die Materialpaarung kommt es beim Zerspanungsprozess zur Bildung einer tribochemisch bedingten Aufbauschneide. Durch den hohen Druck und die hohe Temperatur an der Werkzeugschneide reagieren das Eisen und der Kohlenstoff aus dem Grauguss mit dem Silizium aus der Aluminiumlegierung. Die dabei entstehende Fe-Si-C Verbindung ist sehr hart und lagert sich auf der Wendeschneidplatte ab. Die Ablagerung entspricht der Form einer Aufbauschneide. Diese beeinflusst den Zerspanungsprozess negativ, da es zu erhöhten Kräften und allgemein schlechteren Prozessbedingungen kommt. Ein vielversprechender Ansatz, um chemische Reaktionen zu vermindern, ist die Senkung der bei der Reaktion vorherrschenden Temperatur. Kann die Temperatur an der Schneide gesenkt werden, so wird auch die Aufbauschneidenbildung verringert. Ein Ansatz hierfür ist eine zusätzliche Kühlung der Wendeschneidplatte von innen. Am Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik wurde eine solche Lösung entwickelt. Neben der herkömmlichen Kühlung von außen wird die Wendeschneidplatte durch einen speziellen Werkzeughalter sowie einen in die Wendeschneidplatte erodierten Kanal von innen gekühlt. Als Kühlmedium wird herkömmlicher Kühlschmierstoff verwendet. Um die Kühlstrategie auf ihre Wirksamkeit zu untersuchen, wurde der Zerspanungsprozess in den FEM-Programmen DEFORM und ANSYS simuliert. Außerdem wurden praktische Versuche am Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik der TU Wien durchgeführt. Das Probenmaterial sowie der verwendete Kühlschmierstoff wurden vom Projektpartner zur Verfügung gestellt.
de
To create lighter internal combustion engines more and more material combinations are being used. One example is the support of engine blocks made of aluminum alloys with cast iron in areas of high stress. One area where such a support insert made out of cast iron is necessary is the crankcase. Due to the fact that machining one material after the other is not possible, they have to be machined simultaneously. As a result of the material combination a built up edge is formed on the tool caused by tribochemical processes. Because of the high pressure and the high temperature on the cutting insert the iron and the carbon of the cast iron react with the silicon of the aluminum alloy. The reaction product is a chemical compound made of Fe, Si and C which is very hard and forms a built up edge on the cutting insert. The built up edge affects the machining process in a negative way since the cutting forces increase and the overall process conditions get worse. Because the chemical reaction is temperature sensitive the growth of the built up edge can be slowed down by lowering the temperature at the cutting edge. One possibility to lower the temperature on the cutting edge is to cool the cutting insert from the inside. At the institute for Production Engineering and Laser Technology at the Vienna University of Technology such a cooling solution was developed. In addition to the conventional cooling on the surface of the cutting insert internal cooling is applied. By using a tool holder and a cutting insert with appropriate cooling channels internal cooling can be implemented. A conventional cooling lubricant is used for the internal cooling circuit. To analyze if the cooling solution is suitable for reducing the built up edge on the cutting tool FE-simulations and experiments have been conducted. The material samples and the cooling lubricant have been supplied by the project partner.