Hämmerndes Drehen Entwicklung eines hybriden Prozesses zur hauptzeitparallelen mechanischen Oberflächenbehandlung und Oberflächentexturierung während der Zerspanung

Die Herstellung hochbelastbarer metallischer Bauteile umfasst in vielen Fällen eine mehrstufige Prozesskette, die von der spanenden Fertigung über die mechanische Oberflächenbehandlung bis hin zur Oberflächentexturierung reicht. Dies erfolgt in einzelnen Prozessschritten, die sequentiell aufeinander aufbauen und nicht parallelisiert werden können. In der vorliegenden Arbeit wird eine Prozesskombination der vibrationsunterstützten Zerspanung, bezeichnet als "Hämmernendes Drehen", vorgestellt, welche eine mechanische Oberflächenbehandlung und Mikrotexturierung mit der Zerspanung verbindet. ... mehrHierfür wurde ein spezielles piezoelektrisches Werkzeugsystem entwickelt, welches eine biaxiale, synchrone Bewegung des Zerpanungswerkzugs ermöglicht. Alleinstellungsmerkmal des Hämmernden Drehns ist eine der Schnittgeschwindigkeit überlagerte Schwingung, die bei korrekter Wahl der Stellgrößen zu einer periodischen Unterbrechung der Zerspanung führt. Während dieser Entkoppelung führt das Zerspanungswerkzeug eine hämmerähnliche Bewegung aus, die eine plastische Deformation und Verfertigung der Randschicht hervorruft, infolge derer es zu einer Einbringung von Druckeigenspannungen, begleite von einer Oberflächentexturierung, kommt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit erfolgt eine experimentelle sowie mittels FEM-Simulation unterstützte Untersuchung der Modifikation der Randschicht durch die Prozesskombination. Der Einfluss dieser veränderten Randschichtzustände auf die Bauteileigenschaften wird anschließend in tribologischen Untersuchungen, in denen der Gleit- und Haftreibungskoeffizient sowie das Verschleißverhalten bestimmt werden, untersucht. Weiter erfolgt eine Schwingfestigkeitsuntersuchung, die näher analysiert, wie die Texturierung der Oberfläche und die Druckeigenspannungen wechselwirken und diese beeinflussen.

The manufacturing of high-performance metal structural components often involves a multi-stage process chain, ranging from machining and mechanical surface treatment to surface texturing. This takes place in individual process steps that are based on each other sequentially and cannot be parallelized. This thesis presents a special process combination of vibration-assisted machining, termed “Hammering Turning”, which com-bines mechanical surface treatment and microtexturing with machining. A special piezo-electric tool system was developed for this purpose, which enables a biaxial, synchro-nous movement of the cutting tool. ... mehrThe key feature of Hammering Turning is an oscilla-tion superimposed on the cutting speed, which causes a periodic interruption of the cut-ting process if the parameters are set appropriately. During this decoupling, the cutting tool performs a hammer-like movement that causes plastic deformation and work hard-ening of the surface layer, resulting in the formation of residual compressive stresses and surface texturing. In this thesis, an experimental and FEM simulation-based inves-tigation of the modification of the surface layer by the process combination was carried out. The influence of these modified surface layer states on the properties of the com-ponents is then investigated in tribological examinations, in which the sliding and static friction coefficient is determined, as well as the wear behavior. Furthermore, a fatigue resistance study was carried out to analyze in more detail how the texturing of the sur-face and the residual compressive stresses interact and influence them.