Chapter 12. Werkstoffeinfluss auf die Spanbildung bei der Hochgeschwindigkeitszerspanung metallischer Werkstoffe

  1. em. Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. h.c. mult. H. K. Tönshoff and
  2. Dr.-Ing. C. Hollmann
  1. E. Brinksmeier,
  2. P. Mayr,
  3. F. Hoffmann,
  4. T. Lübben,
  5. A. Walter,
  6. P. Diersen,
  7. P. Ponteau and
  8. J. Sölter

Published Online: 30 SEP 2005

DOI: 10.1002/3527605142.ch12

Hochgeschwindigkeitsspanen metallischer Werkstoffe

Hochgeschwindigkeitsspanen metallischer Werkstoffe

How to Cite

Brinksmeier, E., Mayr, P., Hoffmann, F., Lübben, T., Walter, A., Diersen, P., Ponteau, P. and Sölter, J. (2005) Werkstoffeinfluss auf die Spanbildung bei der Hochgeschwindigkeitszerspanung metallischer Werkstoffe, in Hochgeschwindigkeitsspanen metallischer Werkstoffe (eds H. K. Tönshoff and C. Hollmann), Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, FRG. doi: 10.1002/3527605142.ch12

Editor Information

  1. Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen, Universität Hannover, Schönebecker Allee 2, 30823 Garbsen, Germany

Publication History

  1. Published Online: 30 SEP 2005
  2. Published Print: 14 DEC 2004

ISBN Information

Print ISBN: 9783527312566

Online ISBN: 9783527605149

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Keywords:

  • Hochgeschwindigkeitszerspanung metallischer Werkstoffe;
  • Werkstoffeinfluss auf die Spanbildung

Summary

Ziel der in diesem Artikel vorgestellten Forschungsarbeiten war es, die Spanbildung und die Randzonenbee influssung bei der Hochgeschwindigkeitszerspanung in Abhängigkeit von der Temperaturleitfähigkeit durch eine gezielte Werkstoffauswahl zu analysieren. Neben der Variation der Temperaturleitfähigkeit wurde auch der Einfluss der Mikrostruktur und Härte einzelner Werkstoffe auf den Spanbildungsmechanismus untersucht. Dadurch konnten die Werkstoffzustände so eingestellt werden, dass sie eine thermische Entfestigung oder eine mechanische Verfestigung bei der Spanbildung begünstigten. Für nahezu alle untersuchten Werkstoffe (Stähle, Reinaluminium, Kupfer, Aluminium- und Titanlegierungen) lässt sich feststellen, dass eine exponentielle Abnahme der Zerspankraft mit steigender Schnittgeschwindigkeit vorliegt. Im untersuchten Werkstoffspektrum zeigte sich, dass die Ausbildung segmentierter Späne mit Abnahme der Temperaturleitfähigkeit bzw. mit zunehmender Ausgangshärte des Werkstoffs ansteigt. Zudem konnte festgestellt werden, dass die Übergangsschnittgeschwindigkeit vHSC mit Abnahme der Temperaturleitfähigkeit sowie mit zunehmender Zugfestigkeit des Werkstoffs exponentiell abnimmt. Darüber hinaus existiert eine Abhängigkeit der Oberflächeneigenspannungen von der Schnittgeschwindigkeit bei der Zerspanung der Werkstoffe AlZnMgCu1,5 und 42CrMo4. Die durch die Zunahme der Schnittgeschwindigkeit steigende Zerspanleistung führt zunächst zu einer stärkeren thermischen Beeinflussung der Werkstückrandzone, wodurch die Oberflächeneigenspannungen steigen. Bei weiterem Anstieg der Schnittgeschwindigkeit bleiben die gemessenen Oberflächeneigenspannungen auf einem konstanten Niveau bzw. verringern sich geringfügig. Dieses kann auf die abnehmende Kontaktzeit zwischen Werkzeug und Werkstück zurückgeführt werden.

The objective of the presented research work was to analyze the chip formation during High Speed Cutting (HSC) for workpiece materials with different temperature diffusivities. Additionally the influence of microstructure and material hardness on chip formation were taken into account. This strategy enabled us to prepare material properties which promoted either a thermal softening or a mechanical hardening during chip formation.

For almost all of the analyzed materials (steels, aluminum, copper, aluminum and titanium alloys) an exponential decrease of the resultant force was observed with increasing cutting speed. Within the range of investigated materials the segmentation of chips rises with decreasing temperature diffusivity and increasing material hardness. Furthermore the threshold cutting speed vHSC decays exponentially if the temperature diffusivity decreases and the tensile strength increases. Additionally surface residual stresses after machining correlate with cutting speeds when machining AlZnMgCu1,5 and 42CrMo4. With augmenting cutting speed the cutting power and therefore the surface residual stresses increase. From a certain cutting speed a further increase does not lead to a significant change of the measured surface residual stresses. This behavior is due to the decrease of the contact time between tool and workpiece.