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Influence of ultrasonic vibration assistance on the surface integrity in turning of the aluminium alloy AA2017

Beeinflussung der Oberflächenfeingestalt durch Ultraschallüberlagerung beim Drehen der Aluminiumlegierung EN AW-2017
 
: Schubert, Andreas; Nestler, Andreas; Pinternagel, Stefan; Zeidler, Henning

Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 42 (2011), Nr.7, S.658-665
ISSN: 0933-5137
Werkstofftechnisches Kolloquium (WTK) <14, 2011, Chemnitz>
Englisch
Zeitschriftenaufsatz, Konferenzbeitrag
Fraunhofer IWU ()
cutting; turning; aluminium; surface integrity; ultrasonic vibration; Zerspanung; Drehen; Aluminium; Oberflächenfeingestalt; Ultraschall

Abstract
The surface integrity of components considerably influences the reliability of technical systems. According to the application of the components, their surfaces have to meet different demands. Cutting processes with geometrically defined cutting edge are often used as final machining processes. They offer the opportunity to influence the surface integrity by means of the process kinematics, process parameters and tool geometry. In the case of realising a predefined surface integrity, for example the generation of microstructures, these machining processes reach their limits very fast. For this reason, the influence of ultrasonic vibration assistance in cutting is investigated with focus on achieved surface integrity. Different vibration directions of the tool are examined. This paper investigates the effect of ultrasonic vibration assistance on the surface integrity, obtained in turning processes. Several possibilities for generating predefined surface microstructures are identified. In turning with ultrasonic vibration assistance in the cutting direction, the mean cutting force is markedly reduced in comparison to conventional machining. The examinations show that turning with ultrasonic vibration assistance enables a specific setting of the surface integrity within a wide range. It is expected that the results can be applied to other, also difficult to machine materials.

 

Der Oberflächenzustand von Bauteilen beeinflusst die Funktionstauglichkeit technischer Systeme maßgeblich. In Abhängigkeit von der konkreten Anwendung der Komponenten werden unterschiedliche Anforderungen an die Oberflächen gestellt. Zu den für die Endbearbeitung am häufigsten eingesetzten Verfahren gehören die spanenden Prozesse mit geometrisch bestimmter Schneide. Diese bieten die Möglichkeit, den Oberflächenzustand durch die Verfahrenskinematik, die Bearbeitungsparameter sowie die Werkzeuggeometrie zu beeinflussen. Bei der Erzielung definierter Oberflächeneigenschaften, zum Beispiel der Erzeugung von Mikrostrukturen, stoßen diese Methoden jedoch schnell an ihre Verfahrensgrenzen. Aus diesem Grund wird der Einfluss von dem Werkzeug überlagerten Ultraschallschwingungen auf den Oberflächenzustand untersucht. Es werden unterschiedliche Schwingungsrichtungen des Werkzeugs am Beispiel der Längsdrehbearbeitung betrachtet und verschiedene Möglichkeiten zur Erzeugung definierter Oberflächenstrukturen dargestellt. Diese Untersuchungen zeigen, dass sich durch eine Überlagerung von Ultraschallschwingungen in Schnittrichtung die mittleren Schnittkräfte im Vergleich zur konventionellen Bearbeitung erheblich reduzieren lassen. Des Weiteren wird durch eine ultraschallunterstützte Drehbearbeitung eine gezielte Beeinflussung der Oberflächenfeingestalt in weiten Grenzen möglich. Es ist zu erwarten, dass sich diese Ergebnisse auf weitere, auch schwer zerspanbare Werkstoffe, übertragen lassen.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-175853.html