Thesis - Diplomarbeit

German

Reiter, Manuel 

Bleicher, Friedrich 

Siller, Anton 

E311 - Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik 

2016

129

Zerspanung; Verschleiß; Verschleißminimierung; Werkstoffverbund; Mischbearbeitung; interne Kühlung; Machine Hammer Peening

Zusammenfassung in englischer Sprache
Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
ger: Das Zerspanen von Werkstoffverbunden (Materialkombinationen) ist eine besondere Herausforderung in der Fertigungstechnik. Unternehmen aus der Wirtschaft stehen bei diesen Bearbeitungsformen aufgrund des komplexen und unterschiedlichen Verschleißbildes der betreffenden Werkzeuge vor Problemen, wie beispielsweise zu geringen Standzeiten oder minderer Qualität der Bauteile. Dies schlägt sich naturgemäß in erhöhten finanziellen Aufwendungen nieder. Um den Werkzeugverschleiß zu minimieren und die Standzeiten zu verlängern, wurden am Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik der Technischen Universität Wien Möglichkeiten und Verfahren entwickelt, um betreffende Werkzeuge zu verbessern bzw. zu optimieren. Dies erfolgt mittels thermischer und mechanischer Funktionalisierung des Schneidkeils - im Falle der vorliegenden Arbeit an Wendeschneidplatten (bestehend aus einem Wolframkarbid-Substrat mit einer Hartmetall-Beschichtung), die für die zerspanende Mischbearbeitung von Werkstoffverbunden Verwendung finden. Die Bearbeitung, auf der der wesentliche Fokus dieser Arbeit liegt, ist die Zerspanung des Honfreiganges der Zylinderlaufflächen eines Kurbelwellengehäuses. Diese bestehen aus einem Werkstoffverbund: Das Gehäuse wird mittels Druckguss aus einer Aluminiumlegierung hergestellt, die Zylinderlaufflächen werden zusätzlich mit einer beständigeren LDS-Beschichtung versehen, welche letztendlich honend bearbeitet wird. Die Wendeschneidplatten werden insofern thermisch modifiziert, als dass ein Kühlkanal in die Wendeschneidplatte erodiert wird, welcher für zusätzliche interne Kühlung des Werkzeugs sorgt. Die dabei auftretenden mechanischen und thermischen Belastungen beim Zerspanungsprozess werden in FEM-Softwareanwendungen simuliert, analysiert und auf ihre Validität überprüft. Die mechanische Funktionalisierung des Schneidkeils der Wendeschneidplatten erfolgt durch Verdichten der Randschicht der Spanfläche mittels gezieltem Oberflächenhämmern - dies soll sich in einer Einbringung von Druckeigenspannungen in diese oberflächennahen Schichten auswirken, die beispielsweise für bessere Haftung der Hartmetall-Beschichtung am Substrat der Wendeschneidplatte sorgen sollen. Mit diesen unterschiedlichen Modifikationen des Werkzeugs werden schließlich grundlegende Schnittversuche mit festgelegten Prozessparametern durchgeführt, um eine Vergleichbarkeit der Auswirkungen der verschiedenen Werkzeuganpassungen gewährleisten zu können. Durch Zuhilfenahme von messtechnischen Geräten und Anwendungen kann der Verschleiß quantifiziert und somit eine Gegenüberstellung der Verschleißergebnisse der unterschiedlichen Formen der thermischen und mechanischen Funktionalisierung der Wendeschneidplatten durchgeführt werden.
eng: The machining of material combinations is a special challenge in the field of production engineering. Engineering companies have problems with this kind of workmanship, due to the complex and various wear patterns of the used tools - they suffer from too short tool lifetimes or bad quality of workpieces. This is the reason for rising costs. To reduce the tool wear and improve the tool life, the Institute for Production Engineering and Laser Technology of the Vienna University of Technology developed methods for improving and optimizing the respective tools. This is made by thermal and mechanical functionalization of cutting tools (in this work: cutting inserts, out of a tungsten carbide-substrate with a TiAlN-coating), used for the mixed processing of material compounds. The essential process of this work is the machining of wire-arc-sprayed cylinder walls of engine blocks (crankcases) out of casted aluminum-alloys. The cutting inserts are thermally functionalized by EDM machining of a cooling channel into the insert, that provides additional internal cooling of the tool. The occurring mechanical and thermal loads are simulated, analyzed and validated in FEM-software applications. The mechanical functionalization of the cutting tool results from compaction of surface-near layers of the rake face, which should cause residual compressive stresses in said layers. That should, for example, improve the adhesion of the cutting insert's coating on the subjacent substrate. Cutting tests are performed with these various modifications of the cutting tool, to ensure comparability of the effects of the respective tool adaptions. With the help of measuring instruments, the wear may be quantified and a comparison of the results of the different thermal and mechanical functionalized cutting inserts is possible.