Drehen von Aluminium-Matrix-Verbundwerkstoffen

Kurzfassung Metallische Verbundwerkstoffe besitzen hervorragende Funktionseigenschaften aufgrund derer diese Werkstoffe gegenwärtig vermehrt in technischen Komponenten eingesetzt werden. Neben optimierten Werkstoffeigenschaften führt die Verstärkung der Leichtmetalllegierungen jedoch zu einer schlechten Zerspanbarkeit, welche hohe thermische und mechanische Belastungen für das Werkstück erwarten lässt. Diese Belastungen bewirken während der Zerspanung Abweichungen zwischen der nominellen und der realen Schnitttiefe, wodurch die Werkstück-Ist-Geometrie von der Werkstück-Soll-Geometrie abweicht. Verstärkt wird diese prozessbedingte Abweichung durch die weitestgehend trockene spanende Bearbeitung metallischer Verbundwerkstoffe. Es ist somit insbesondere für diese Gruppen von Hochleistungswerkstoffen erforderlich, geringe thermische Belastungen des Werkstücks durch optimierte Prozessabläufe zu erzielen. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss des Prozessablaufs und der Verstärkungsphase partikelverstärkter Aluminium-Matrix-Verbundwerkstoffe (Al-MMC) auf die thermomechanischen Belastungen des Werkstücks und des Werkzeugs sowie die Fertigungsgenauigkeit untersucht. Um mögliche Einflüsse der Verstärkungsphase bestimmen zu können, wurden drei hinsichtlich des Partikelvolumenanteil und der durchschnittlichen Partikelgröße differierende Al-MMC und deren nicht-verstärkte Aluminiummatrix trocken drehend bearbeitet. Es zeigte sich, dass die Fertigungsgenauigkeit sowohl von den Prozessparametern als auch von der Ausprägung der Verstärkungsphase erheblich beeinflusst wird. Hohe Fertigungsgenauigkeiten erfordern werkstoffunabhängig den Einsatz hoher Schnittgeschwindigkeiten, großer Vorschübe und geringer Schnitttiefen. Die Trockenbearbeitung der Al-MMC führte trotz überwiegend höherer thermischer Belastungen des Werkstücks und des Werkzeugs zu besseren Fertigungsgenauigkeiten als die spanende Bearbeitung der nicht-verstärkten Matrix.