Chapter 21. Thermomechanische Wirkmechanismen bei der Hochgeschwindigkeitszerspanung von Titan- und Nickelbasislegierungen

  1. em. Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. h.c. mult. H. K. Tönshoff and
  2. Dr.-Ing. C. Hollmann
  1. H.-W. Hoffmeister and
  2. T. Wessels

Published Online: 30 SEP 2005

DOI: 10.1002/3527605142.ch21

Hochgeschwindigkeitsspanen metallischer Werkstoffe

Hochgeschwindigkeitsspanen metallischer Werkstoffe

How to Cite

Hoffmeister, H.-W. and Wessels, T. (2004) Thermomechanische Wirkmechanismen bei der Hochgeschwindigkeitszerspanung von Titan- und Nickelbasislegierungen, in Hochgeschwindigkeitsspanen metallischer Werkstoffe (eds H. K. Tönshoff and C. Hollmann), Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, FRG. doi: 10.1002/3527605142.ch21

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:

  • Hochgeschwindigkeitsspanen;
  • thermomechanische Wirkmechanismen bei der Hochgeschwindigkeitszerspanung;
  • Titanbasislegierungen;
  • Nickelbasislegierungen

Summary

Projektziel war es, die thermomechanischen Vorgänge bei der Zerspanung von TiAl6V4 und Inconel 718 bei extremhohen Schnittgeschwindigkeiten grundlegend herauszuarbeiten. Es wurde untersucht, wie sich die plastische Verformung, die Stofftrennung und -umlenkung insbesondere bei hohen Schnittgeschwindigkeiten einstellen. Aus den erzielten Erkenntnissen sollten Parameterempfehlungen für den Einsatz in realen Prozessen erarbeitet werden.

Die Untersuchungen zeigten, dass die Spansegmentierung mit steigender Spanungsdicke bei beiden Werkstoffen sowie mit steigender Schnittgeschwindigkeit bei Inconel 718 zunahm. Für TiAl6V4 ergab sich über die Schnittgeschwindigkeit ein annähernd konstanter Verlauf der spezifischen Schnittkraft, wohingegen die Werte bei Inconel 718 mit steigender Schnittgeschwindigkeit abnahmen. Aus den Zerspankräften und -temperaturen wurden Erkenntnisse über das Reibungsverhalten erarbeitet. Die Reibtangentialkräfte und -koeffizienten nahmen mit zunehmender Schnittgeschwindigkeit durch die temperaturbedingt erweichende Kontaktzone sehr geringe Werte an. Im Anschluss an die Zerspanversuche wurde die Qualität der Werkstückrandzone durch Verformungs- und Eigenspannungsmessungen festgestellt. Diese lieferten für hohe Schnittgeschwindigkeiten Zugeigenspannungen an der Oberfläche und Druckeigenspannungen in geringen Randschichttiefen. Die Untersuchungen zeigten ebenfalls, dass eine Spanrandbegrenzung die Spanbildung so beeinflusst, dass die Neigung zur Spansegmentierung verringert wird. Mit einer Schnellstoppversuchseinrichtung wurden zur Ermittlung der Spanbildungsstadien Spanwurzeln erzeugt. Die Analyse der erzeugten Verformungszustände ergab eine gleichmäßige Spansegmentierung von TiAl6V4, wohingegen sich die Spanbildung von Inconel 718 stark schnittgeschwindigkeits-, spanungsdicken- und gefügeabhängig zeigte.

The aim of the project was to work out the basic thermo-mechanical processes that arise during the cutting of TiAl6V4 and Inconel 718 at extremely high cutting speeds. It was investigated how the plastic deformation as well as the separation and diversion of material make themselves felt especially at high cutting speeds. From the findings obtained, parameter recommendations were to be worked out for the use in real processes.

The investigations showed that the chip segmentation increased with rising thickness of undeformed chip for both materials as well as with rising cutting speed for Inconel 718. For TiAl6V4, the specific cutting force took a nearly constant course as a function of the cutting speed whereas the values decreased with rising cutting speed for Inconel 718. The metal cutting forces and temperatures formed the basis for information on the friction behaviour. The frictional tangential forces and coefficients had very low values with increasing cutting speed due to the contact zone softening as a result of the temperature. Subsequent to the cutting tests, the quality of the surface-near zone was determined by deformation and residual stress measurements. At high cutting speeds internal tensile stress was measured at the surface and internal compressive strain in small layer depths of the surface-near zone. The investigations have also shown that a limitation of the chip edge influences the chip formation in such a way that the chip segmentation tendency is reduced. Using a quick-stop test facility, chip roots were generated in order to determine the phases of chip formation. When analysing the generated deformation statuses it was demonstrated that the chip segmentation was homogeneous with TiAl6V4 whereas the chip formation with Inconel 718 was largely dependent on the cutting speed, the undeformed chip thickness and the structure.