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Titanzerspanung

Optimierte Titanbearbeitung durch Sauerstoffabschluss

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Leibniz Universität Inst. für Fertigungstechnik u. Werkzeugmaschinen (IFW)

Experimenteller Versuchsaufbau für das Drehen von Titan

Die Drehversuche werden auf einer Vertikaldrehmaschine des Typs CTV 400 von der Gildemeister GmbH mit geschlossener Prozesskammer durchgeführt (Bild 2). Um das Potenzial der neuartigen Technologie für ein breites Anwendungsspektrum aufzuzeigen, wird der Einfluss verschiedener Werkzeuggeometrien, Prozessstellgrößen sowie Schneidstoff-Werkstoff-Kombinationen auf die resultierende Spanbildung untersucht. Dabei werden die Wirkzusammenhänge identifiziert. Es erfolgt eine detaillierte Analyse der thermomechanischen Belastung, des Verschleißverhaltens sowie der Oberflächen- und Randzoneneigenschaften der in sauerstofffrei-er Atmosphäre gefertigten Bauteile. Dabei können neben den Wechselwirkungen im Prozess auch die Einflüsse der Atmosphäre auf Bauteil und Span untersucht werden.

Bild 2: Der experimentelle Aufbau mit integrierter Hochgeschwindigkeitskamera für das Drehen von Titan ohne Sauerstoff im Arbeitsraum der Maschine.(Bild: IFW)
Bild 2: Der experimentelle Aufbau mit integrierter Hochgeschwindigkeitskamera für das Drehen von Titan ohne Sauerstoff im Arbeitsraum der Maschine.
(Bild: IFW)

Experimenteller Versuchsaufbau für das Schleifen von Titan

Zur Analyse des Einflusses von Sauerstoff auf die Schleifbearbeitung von Titan wurde eine spezielle Einhausung für die dafür genutzte Flachschleifmaschine des Typs Geibel & Hotz FS 840 KT CNC entwickelt. Diese hält den Arbeitsraum während des Schleifprozesses frei von Sauerstoff. Der Versuchsaufbau umfasst eine Schleifscheibe, ein Werkstück, ein 3-Komponenten-Dynamometer zur Kraftmessung, eine Abrichtscheibe sowie eine Kühlschmierstoff-Zuführung (Bild 3, rechts). Neben klassischen Flachschleifversuchen wurde die Einhausung dahingehend erweitert, dass mithilfe einer Hochgeschwindigkeitskamera die Werkstofftrenn-Mechanismen bei unterschiedlichen Atmosphären untersucht werden können (Bild 3, links).

Bild 3: Experimenteller Versuchsaufbau zur Analyse des Schleifens von Titan in Abhängigkeit von der Atmosphäre im Arbeitsraum der Maschine mit Unterstützung durch eine Hochgeschwindigkeitskamera.(Bild: IFW)
Bild 3: Experimenteller Versuchsaufbau zur Analyse des Schleifens von Titan in Abhängigkeit von der Atmosphäre im Arbeitsraum der Maschine mit Unterstützung durch eine Hochgeschwindigkeitskamera.
(Bild: IFW)

Bei beiden Systemen werden die Prozessgase über ein Schlauchsystem stetig und gezielt zugeführt. Um sicherzustellen, dass die sauerstofffreie Atmosphäre über die gesamte Versuchszeit erhalten bleibt, erfolgt eine kontinuierliche Messung des Sauerstoffpartialdrucks mittels Lambdasonde. So sollen der Einfluss der Atmosphäre auf den Prozess, auf den Werkzeugverschleiß und die O+R-Eigenschaften (O+R = Oberfläche und Randzone) ermittelt werden. Auch mögliche Verschiebungen der Prozessgrenzen kann man so analysieren. Das Ziel ist es, potenzielle Optimierungsmöglichkeiten abzuleiten und eine Verbesserung der Bearbeitungsprozesse unter angepassten Umgebungsbedingungen zu ermöglichen. Eine integrierte Schleuse ermöglicht das Ein- und Aufahren von Transportbehältern und Proben unter sauerstofffreien Bedingungen. Dies stellt sicher, dass die Werkstücke auch nach der Bearbeitung in einer kontrollierten Umgebung untersucht werden können. Ein innovativer Aspekt des Aufbaus ist die Erweiterung zur Untersuchung von Werkstofftrenn- und Spanbildungsmechanismen. Hierzu kommt eine Hochgeschwindigkeitskamera zum Einsatz, die den Trennvorgang zwischen Einzelkorn und Werkstück in Echtzeit aufzeichnet. So können die Mechanismen der Werkstofftrennung in Abhängigkeit der Umgebungsatmosphäre identifiziert werden. Zudem kann der Einfluss der Atmosphäre auf das Schleifkorn und den Verschleiß untersucht werden. Durch die so ermittelten Kenntnisse, kann der Schleifprozess für den jeweiligen Anwendungsfall optimal ausgelegt werden.

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