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Gefuegeeinfluss auf die Spanbildung beim Hochgeschwindigkeitsfraesen

Bluemke, Ralf :
Gefuegeeinfluss auf die Spanbildung beim Hochgeschwindigkeitsfraesen.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2001)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Gefuegeeinfluss auf die Spanbildung beim Hochgeschwindigkeitsfraesen
Language: German
Abstract:

Die Zielsetzung fuer die vorliegende Arbeit bestand darin, ein besseres Verstaendnis der bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung in der primaeren und sekundaeren Scherzone der Spaene ablaufenden Vorgaenge zu entwickeln. Insbesondere sollte der Einfluss des Werkstoffgefueges auf die zur Bildung von segmentierten Spaenen fuehrenden Mechanismen der Scherlokalisierung geklaert werden. Die in den ausscheidungshaertbaren Aluminiumknetlegierungen EN AW-7075 und EN AW-7050 eingestellten Gefuege (unteraltert, maximal ausgehaertet, ueberaltert) wurden mikroskopisch sowie durch Haertemessungen und quasistatische Zugversuche charakterisiert. Das Werkstoffverhalten bei Belastung mit hohen Dehnraten wurde in Druck-Scherversuchen in einem Fallwerk geprueft. Die Zerspanungsversuche wurden bei Schnittgeschwindigkeiten von bis zu 7000 m/min durchgefuehrt. Von den Spaenen wurden metallographische Laengsschliffe hergestellt. An den Schliffen wurde die Geometrie der Spaene lichtmikroskopisch vermessen und die Mikrohaerte geprueft. Es konnte gezeigt werden, dass der Spanbildungsmechanismus im Fall ausscheidungshaertbarer Aluminiumlegierungen durch den Auslagerungszustand bestimmt wird. Im Fall unteralterter Gefuege wurden fuer alle Schnittgeschwindigkeiten segmentierte Spaene gefunden, waehrend das ueberalterte Gefuege bis zur hoechsten Schnittgeschwindigkeit kontinuierliche Spaene liefert. Es tritt kein schnittgeschwindigkeitsabhaengiger Uebergang von kontinuierlicher zu segmentierender Spanbildung auf. Die Zerspanungsparameter haben gegenueber dem Auslagerungszustand nur einen geringeren Einfluss auf die Spanbildung. Zur Ausloesung der Spansegmentierung wurde eine Modellvorstellung entwickelt, der die unterschiedlichen Wechselwirkungsmechanismen zwischen Ausscheidungen und Versetzungen zugrunde liegen. Das Abscheren der in den unteralterten Gefuegen enthaltenen kohaerenten Ausscheidungen durch Versetzungen fuehrt durch die dadurch hervorgerufene Entfestigung einzelner Gleitebenen zur Lokalisierung der plastischen Verformung und zur Bildung segmentierter Spaene. Die lokalisierte Verformung bewirkt eine starke lokale Erwaermung. Die dadurch hervorgerufene thermische Entfestigung ist eine Folge, nicht jedoch die Ursache der Verformungslokalisierung. Diese Modellvorstellung konnte anhand von Druck-Scherversuchen bestaetigt werden. Es wurde gezeigt, dass ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der beim Hochgeschwindigkeitsfraesen entstehenden Spanform und dem Werkstoffversagen im Druck-Scherversuch besteht. Gefuege, die im Druck-Scherversuch durch Scherlokalisierung versagen, bilden segmentierte Spaene, waehrend im Druck-Scherversuch homogen verformbare Gefuege bei der Zerspanung kontinuierliche Spaene bilden.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
The aim of the present work was to develop a better understanding of the mechanisms occurring during high speed machining in the primary and secondary shear zone of the chips. Especially the influence of microstructure on the mechanism of shear localisation, leading to the formation of segmented chips, was to be investigated. The microstructures produced in the precipitation hardening aluminium wrought alloys EN AW-7075 and EN AW-7050 (underaged, peak aged, overaged) were characterised by means of light microscopy, transmission electron microscopy, hardness measurements and tensile testing. Material behaviour at high strain rates was investigated by combined compression / shear loading experiments performed in a drop weight tower. Machining experiments were performed at cutting speeds of up to 7000 m/min. Metallographic sections of the chips were produced. The geometry of the chips was determined by light microscopy. Microhardness measurements within the chips were done. It could be shown that chip formation of precipitation hardening aluminium alloys is determined by the precipitation state. For underaged microstructures, segmented chips develop for all cutting speeds, whereas continuous chips are produced up to the highest cutting speed for the overaged microstructures. No transition from continuous to segmented chip formation caused by increasing cutting speed was found. On the other hand, the influence of cutting parameters on chip formation is smaller than that of the precipitation state. A model describing the initiation of chip segmentation based on the different mechanisms of interaction between precipitates and dislocations was developed. According to this model, shearing of coherent precipitates by dislocations, leading to local work softening and hence to the localisation of deformation, results in the formation of segmented chips in the underaged microstructures. The localisation of deformation leads to strong local heating. The consequent thermal softening is a consequence, not the cause of shear localisation. This model could be confirmed by combined compression / shear loading experiments. It was shown that there is a clear relation between chip formation in high speed machining and material failure in compression / shear loading. Microstructures failing by shear localisation in compression / shear loading experiments form segmented chips in high speed machining. Microstructures showing homogeneous deformation in combined compression / shear loading form continuous chips.English
Uncontrolled Keywords: Spanbildung, Gefuege, Hochgeschwindigkeitsfraesen, Scherband, Aluminiumlegierung
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Spanbildung, Gefuege, Hochgeschwindigkeitsfraesen, Scherband, AluminiumlegierungGerman
chip formation, microstructure, high-speed-machining, shear band, aluminium alloyEnglish
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: Fachbereich Material- und Geowissenschaften
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:21
Last Modified: 07 Dec 2012 11:47
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000148
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-1484
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Schulz, Prof. Dr. Herbert and Schulz, Prof. Dr. Herbert
Advisors: Exner, Prof. Dr. Hans Eckart and Exner, Prof. Dr. Hans Eckart
Refereed: 7 May 2001
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/148
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