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Influencing the residual stresses in the surface layer by use of appropriate cutting parameters and tool geometries in turning of aluminium matrix composites

Beeinflussung des Eigenspannungszustandes der Randschicht durch Verwendung geeigneter Schnittwerte und Werkzeuggeometrien bei der Drehbearbeitung von Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffen
 
: Schubert, Andreas; Nestler, A.; Mehner, T.

:

Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 43 (2012), Nr.7, S.648-655
ISSN: 0933-5137
Englisch
Zeitschriftenaufsatz
Fraunhofer IWU ()
cutting; turning; aluminium; surface integrity; residual stresses; Zerspanung; Drehen; Oberflächeneigenschaften; Eigenspannung

Abstract
Die Oberflächeneigenschaften von Bauteilen sind für deren Funktionsfähigkeit oftmals von grundlegender Bedeutung. Steigende und komplexer werdende Anforderungen an technische Systeme verlangen ein vertieftes Verständnis des Einflusses der Bearbeitung auf die Randschicht. Insbesondere bei dynamisch beanspruchten Spannungsgrenzflächen spielt neben der Oberflächenfeingestalt auch der Eigenspannungszustand eine wesentliche Rolle. Bisher liegen jedoch nur sehr wenige Informationen zu den Auswirkungen der Zerspanung moderner Leichtbauwerkstoffe, wie zum Beispiel Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffe, auf den Eigenspannungszustand der Randschicht vor. Aus diesem Grund werden am Beispiel der Drehbearbeitung SiC-Partikel-verstärkter Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffe experimentelle Untersuchungen mit verschiedenen Schnittwerten und Werkzeuggeometrien durchgeführt. Die Ermittlung der Eigenspannungen in der Randschicht der gefertigten Proben erfolgt röntgenografisch. Es hat sich gezeigt, dass sehr geringe Vorschübe sowie die Verwendung von Werkzeugen mit einer Verschleißmarkenbreite von etwa 100 ?m beziehungsweise einem kleinen Eckenradius zu betragsmäßig großen Druckeigenspannungen in der Randschicht führen. Durch die Kenntnis der Zusammenhänge zwischen der spanenden Bearbeitung und dem Eigenspannungszustand der Randschicht kann dieser gezielt beeinflusst und somit zum Beispiel die Dauerfestigkeit von Bauteilen erhöht werden.

 

Surface properties of components often determine their proper functioning. More complex and increasing demands on operational systems require detailed understanding in the influence of machining on the surface layer. Besides surface structure, residual stresses are very important, especially for dynamically loaded boundary surfaces. But, for cutting of modern light weight construction materials like aluminium matrix composites there is insufficient information concerning residual stresses. On this account, experimental investigations in turning of SiC particle reinforced aluminium matrix composites with different cutting parameters and tool geometries are presented with the focus on residual stresses. They are determined by X-ray diffraction analysis. The results show that in general the use of very small feeds, tools with a width of flank wear land of about 100 ?m, or with a small corner radius cause high absolute values of the compressive residual stresses. In consequence, knowledge of the relation between machining and the residual stress state of the surface layer allows to selectively induce residual stresses in the surface layer. This can provide, for example, an increase of fatigue strength.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-211579.html