Entwicklung und Analyse eines mechanischen Oberflächenbehandlungsverfahrens unter Verwendung des Zerspanungswerkzeuges
Michael Gerstenmeyer
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.
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.
