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Ultrapräzisionszerspanung von Hartmetall mit monokristallinen Diamantwerkzeugen

Ultra-precision machining of tungsten carbide with mono-crystalline diamond tools
 
: Doetz, Marius

Aachen: Apprimus Verlag, 2019, XII, 144 S.
Zugl.: Aachen, TH, Diss., 2019
Ergebnisse aus der Produktionstechnik, 21
ISBN: 978-3-86359-733-7
ISBN: 3-86359-733-8
Deutsch
Dissertation
Fraunhofer IPT ()

Abstract
Bei der Herstellung von Oberflächen mit optischen Eigenschaften in sprödharten Materialien ist ein duktiler Zerspanmechanismus unabdingbar. Dazu sind bei der Ultrapräzisionszerspanung mit monokristallinen Diamantwerkzeugen zwei Grundvoraussetzungen einzuhalten: Zum einen muss eine Druckspannung in die Zerspanzone induziert werden und zum anderen darf die Spanungsdicke einen materialspezifischen kritischen Wert nicht überschreiten. Die Einbringung einer Druckspannung in die Zerspanzone kann durch Werkzeuge mit einem negativen Spanwinkel mit geringem technischen Aufwand realisiert werden. Für eine weitere Prozessauslegung ist daher vor allem die kritische Spanungsdicke ausschlaggebend. Der erste Teil dieser Arbeit setzt sich daher mit den Einflüssen auf die kritische Spanungsdicke aus einander und untersucht diese bei der Zerspanung von WC-Co Hartmetallen mittels Hobelversuchen analog zum Einkornritzversuch. Als Eingangsgrößen dienten die Schnittgeschwindigkeit, die Werkzeugeigenschaften Schneideckenradius und Spanwinkel, die Prozessmodifikation der Ultraschallunterstützung sowie der eingesetzte Kühlschmierstoff. Auf Basis aller empirisch gesammelten Daten wurde ein Berechnungsmodell zur Vorhersage des Übergangspunktes von duktilem zu sprödhartem Materialverhalten aufgestellt und validiert. Weiter erfolgten Untersuchungen zum Einfluss der Eingangsgrößen auf die in den Nuten erzeugte Rauheit. Es konnte dabei gezeigt werden, dass trotz eines durchgehend duktilen Abtrags vor allem der eingesetzte Kühlschmierstoff, der Schneideckenradius, die Ultraschallunterstützung und die Schnitttiefe einen Einfluss haben. Dabei nimmt die messbare Rauheit mit steigender Zustellung zu. Anschließend wurden die Ergebnisse aus den Hobelversuchen auf das Drehen angewendet. Im Fokus lagen dabei die Untersuchungen zum Einfluss der Materialeigenschaften, des eingesetzten Kühlschmierstoffes und der Ultraschallunterstützung auf die generierte Oberflächenqualität, charakterisiert durch die Rauheit und Ausbrüche, sowie dem Werkzeugverschleiß. Dazu wurden vier Hartmetalle unter konstanten Schnittbedingungen zerspant und die Einflüsse analysiert. Die vorliegende Dissertation liefert einen deutlichen Wissensbeitrag zum Verständnis der verschiedenen Einflüsse auf das Zerspanverhalten von WC-Co Hartmetallen bei der Bearbeitung mit monokristallinen Diamantwerkzeugen. Die aufgestellten Berechnungsmodelle liefern darüber hinaus eine Möglichkeit zu einer effizienteren Prozessauslegung.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-569486.html