Beitrag zur Zerspanung intermetallischer γ-Titanaluminide durch Bohren, Gewindebohren und Fräsen

Bergmann, S.

Der intermetallische Werkstoff γ-Titanaluminium bietet hervorragende Materialeigenschaften, die ihn unter anderem zum Einsatz in Flugtriebwerken und Verbrennungsmotoren prädestinieren. Die Kombination aus Sprödigkeit, niedriger Wärmeleitfähigkeit und hoher Warmfestigkeit führt jedoch zu einer deutlich erschwerten Zerspanbarkeit. Ein schnelles Werkzeugversagen ist die Folge des ausgeprägten Adhäsionsverschleißes und der thermischen Erweichung der verwendeten Schneidstoffe. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Ergebnisse experimenteller Analysen des Bohrens, Gewindebohrens und Fräsens des Konstruktionswerkstoffes γ-Titanaluminium, aus dem ein Pleuel für hochdrehende Ottomotoren produziert werden soll. Zu diesen spanenden Fertigungsverfahren liegen bislang kaum wissenschaftliche Erkenntnisse vor.

Ausgehend von einer Vorstellung der Titanaluminiumlegierungen gliedert sich die Arbeit in die Hauptkapitel Bohren, Gewindebohren und Fräsen. Dabei werden verschiedene Schneidstoffe, Spanwinkel und Beschichtungen untersucht, um eine geeignete Werkzeuggestaltung zu ermitteln. Unter Variation der Schnittgeschwindigkeit, des Werkzeugvorschubes, der Schnitttiefe und des KSS-Konzeptes werden prozessrelevante Schnittdaten analysiert. Die Bewertung der Prozesseignung erfolgt anhand der Zielgrößen Werkzeugverschleiß, Prozesskräfte und Bearbeitungsqualität, zu der insbesondere die Schädigung der Bauteilrandzone durch Risseinbringung zählt. Es stellt sich heraus, dass beschichtete, feinkörnige Hartmetallwerkzeuge mit neutralen und leicht negativen Spanwinkeln gute Resultate erzielen. Hohe Vorschubwerte oder Schnitttiefen überlasten die Werkzeuge und führen zu deutlich verkürzten Standwegen. Die Verwendung von Öl als Kühlschmierstoff verringert den adhäsiven Verschleiß und trägt somit dazu bei, eine wirtschaftliche Fertigung durch verlängerte Werkzeugeinsatzzeiten zu erreichen. Die im Rahmen der Arbeit gewonnen Erkenntnisse können zur Auswahl geeigneter Werkzeuge sowie verschleiß- und qualitätsgerechter Schnittswerte dienen.

Veröffentlicht als

Dissertation Technische Universität Dortmund, Vulkan Verlag, Essen, 2009, ISBN 978-3-8027-8746-1