Entwicklung und Analyse eines mechanischen Oberflächenbehandlungsverfahrens unter Verwendung des Zerspanungswerkzeuges

Bei der Herstellung hochbeanspruchter metallischer Bauteile werden mechanische Oberflächenbehandlungsverfahren eingesetzt, um geforderte Bauteileigenschaften, wie die Schwingfestigkeit zu erreichen. Dazu werden Randschichtzustände, wie die Topographie, Eigenspannungen, Kaltverfestigung und/oder Mikrostruktur durch eine mechanische Oberflächenbehandlung gezielt beeinflusst. Eine mechanische Oberflächenbehandlung ist ein zusätzlicher Prozessschritt in der Prozesskette und erhöht die Produktionszeit und -kosten. Daher werden verschiedene Hybridverfahren entwickelt, bei denen eine mechanische Oberflächenbehandlung in einen vorhergehenden Prozessschritt integriert wird. ... mehr
Die Prozessstrategie Komplementärzerspanung kombiniert die spanende Bearbeitung mit der mechanischen Oberflächenbehandlung unter Verwendung des Zerspanungswerkzeuges. Nach der Zerspanung erfolgt entgegen zur Zerspanungsrichtung eine mechanische Oberflächenbehandlung. Dadurch wird eine hohe randschichtnahe plastische Verformung induziert, die zu optimierten Randschichtzuständen, wie eine reduzierte Rauheit, hohe Kaltverfestigung und Druckeigenspannungen sowie einer Kornverfeinerung führt.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist der Aufbau eines Prozessverständnisses über den Einfluss der Prozessstellgrößen auf die resultierenden Prozesskräfte, Temperaturen und Randschichtzustände bei der Komplementärzerspanung von Armco-Eisen und 42CrMo4. Weiterhin wird eine optimierte Schneidkantenmikrogeometrie identifiziert, um den Werkzeugverschleiß zu reduzieren. Schließlich wird die Schwingfestigkeit von zerspanten und komplementär bearbeiteten Proben analysiert und mit etablierten Prozessen zur mechanischen Oberflächenbehandlung verglichen.

In the manufacturing of high-stressed metallic components mechanical surface treatment processes are used to influence surface layer states like the topography, the residual stresses, work hardening and/or the microstructure. The surface layer states need to be improved to achieve the requested service properties like fatigue resistance.
Mechanical surface treatment is an additional process step in the process chain of part manufacturing to enhance performance but it is increasing production time and costs. Hence, different hybrid processes have been developed including mechanical surface treatment into prior process steps. ... mehrThe process strategy Complementary Machining combines machining with a mechanical surface treatment process step using the cutting tool. Due to the inverse machining direction during the mechanical surface treatment process a high plastic deformation is induced in the surface layer which results in optimized roughness, work hardening, residual stresses and grain refinement.
The objective of the present work is the generation of process knowledge about the influence of the cutting edge microgeometry on the resulting process forces, temperatures and resulting surface layer states during Complementary Machining of Armco- Iron and AISI 4140. In a further step, an optimized cutting edge microgeometry is identified in order to reduce tool wear. Finally, the fatigue performances of machined and complementary machined specimens are analyzed.