Neue Methoden zur Entwicklung und Herstellung von Hochleistungswerkzeugen für die Bohrbearbeitung von Inconel 718
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2021
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Abstract
Zum Fertigen von Bohrungen geringer Durchmesser in Bauteilen aus hochwarmfesten
Nickelbasislegierungen kommen in der Regel Werkzeuge aus Hartmetall zum Einsatz. Da
diese eine begrenzte Warmfestigkeit aufweisen, müssen die auftretenden Temperaturen
gering gehalten werden, um vorzeitigem Werkzeugverschleiß und einer Beeinträchtigung der
Bohrungsqualität vorzubeugen. Durch die erschwerte Zugänglichkeit der Wirkstelle beim
Bohren sind die Möglichkeiten zur effektiven Prozesskühlung zusätzlich eingeschränkt. Daher
können bislang nur moderate Schnittwerte eingesetzt werden, wodurch die Produktivität
limitiert ist. Frühere Arbeiten konnten aufzeigen, dass ein Absatz in die Freifläche von
Zerspanwerkzeugen den auftretenden Verschleiß reduziert.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde dieses Konzept einer Freiflächenmodifikation
weiterentwickelt. Dazu wurden zunächst Referenzversuche durchgeführt, um die lokalen
Schneidenbelastungen zu analysieren. Untersucht wurde, neben dem Verschleißverhalten der
Werkzeuge, insbesondere das thermomechanische Belastungskollektiv. Die Erkenntnisse
dienten anschließend als Eingangsdaten für die simulationsgestützte Auslegung. Mit ihrer Hilfe
wurde zunächst eine Werkzeugmodifikation mit großvolumigem Absatz an der Freifläche
ausgelegt. So modifizierte Werkzeuge wiesen in den nachfolgenden Validierungsversuchen
signifikante Vorteile im Verschleißverhalten auf. Die Versuchsergebnisse deuteten allerdings
darauf hin, dass insbesondere die Schneidenecken hohen Belastungen unterliegen, so dass
ihre effektive Kühlung als wichtige Zielgröße identifiziert wurde. Darauf basierend erfolgte eine
weiterführende Modifikation des Wendelbohrers durch zusätzliche Strömungskanäle, um den
Kühlschmierstofffluss, und damit die Wärmeabfuhr aus dem Prozess, weiter zu verbessern.
Auf diese Weise modifizierte Werkzeuge zeigten in anschließenden Untersuchungen
erhebliche Standzeitvorteile. Die durchgeführten Analysen belegen, dass die entwickelte
Werkzeugmodifikation ein großes Potenzial zur Effizienzsteigerung bei der Bohrbearbeitung
hochwarmfester Nickelbasislegierungen besitzt. So ließen sich sowohl die Werkzeuglebensdauer
als auch die Qualität der gefertigten Bohrungen signifikant steigern, was auf eine
experimentell nachgewiesene Verringerung der Schneidentemperaturen durch Verbesserung
der Kühlschmierstoffversorgung zurückzuführen ist.
Die erfolgreiche Entwicklung und Umsetzung der Modifikation zeigt, dass diese das
Einsatzverhalten von Bohrwerkzeugen grundlegend verbessern kann. Künftige Arbeiten
werden darauf abzielen, die auftretenden Wirkmechanismen detaillierter zu untersuchen und
die Werkzeugmodifikation auf weitere anspruchsvolle Anwendungsfälle zu übertragen.
Description
Table of contents
Keywords
Inconel 718, Bohrbearbeitung, Nickelbasislegierungen, Freiflächenmodifikation, Werkzeugmodifikation, Zerspanung, Werkzeugentwicklung, Bohrwerkzeuge