Analyse der Spanbildung und Oberflächenmorphologie beim Mikrospanen von Titanwerkstoffen
Frank Schneider
Kurzfassung
Titanwerkstoffe verfügen aufgrund ihrer sehr guten Werkstoffeigenschaften über ein breites
Anwendungsspektrum das von der Luft- und Raumfahrt bis, aufgrund der sehr guten Biokompatibilität,
in den medizinischen Sektor reicht. Zur Erweiterung des Anwendungsspektrums
hinsichtlich der Miniaturisierung von Bauteilen aus Titan und der Funktionalisierung von Oberflächen
von Titanbauteilen werden geeignete Fertigungsverfahren wie etwa das Mikrospanen
mit geometrische bestimmter Schneide benötigt. Aufgrund auftretender Größeneffekte, die auf
der Tatsache beruhen, dass nicht alle geometrischen Größen im gleichen Maße skaliert werden
können, können aus der konventionellen Zerspanung bekannte Modelle des Spanbildungsvorgangs
nicht ohne weiteres auf das Mikrospanen übertragen werden. In dieser Arbeit wurden die
Spanbildung und die entstehende Oberflächenmorphologie beim Mikrospanen von Titanwerkstoffen
untersucht. Hierzu wurde der Einfluss der Prozessparameter (Schnittgeschwindigkeit,
Spanungsdicke und -breite), des Werkstoffs, des Schneidstoffs sowie der Werkzeuggeometrie
und der Schneidengeometrie im Orthogonalschnitt analysiert. Zur Beurteilung der Spanbildung
wurden Untersuchungen mit plötzlicher Schnittunterbrechung durchgeführt. Die Analyse der
Prozess- und Prozessergebnisgrößen zeigen, dass im Vergleich zur konventionellen Zerspanung
weitere Effekte bei der Prozessauslegung, wie etwa die Werkstoffmikrostruktur, berücksichtigt
werden müssen. Darüber hinaus nehmen Effekte, die zwar in der konventionellen
Zerspanung berücksichtigt werden aufgrund der Skalierung einen höheren Stellenwert ein, wie
beispielsweise der Ploughingeffekt.
