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Drehen Erzeugung hoher Oberflächengüten an partikelverstärkten Werkstoffen

| Autor / Redakteur: Andreas Schubert und Andreas Nestler / Bernhard Kuttkat

Durch eine Optimierung der Geometrie von Wendeschneidplatten lassen sich fehlerarme Oberflächen bei der Drehbearbeitung von Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffen herstellen. Werkzeuge mit prozessangepassten Spanleitstufen sowie einer speziellen Gestaltung der Schneidenecke tragen maßgeblich zur Verringerung der Rauheit bei.

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Werkzeuge mit Wiper-Geometrie können beim Drehen von partikelverstärkten Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffen die Rauheit erheblich verringern. Die Schwankungen der Rauheit sowie ihr Anstieg sind mit zunehmendem Vorschub kleiner. Bild: TU Chemnitz
Werkzeuge mit Wiper-Geometrie können beim Drehen von partikelverstärkten Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffen die Rauheit erheblich verringern. Die Schwankungen der Rauheit sowie ihr Anstieg sind mit zunehmendem Vorschub kleiner. Bild: TU Chemnitz
( Archiv: Vogel Business Media )

Partikelverstärkte Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffe (AMC) bestehen aus einer relativ weichen Matrixlegierung und darin eingebetteten keramischen Teilchen hoher Härte. Die am häufigsten eingesetzten Verstärkungskomponenten sind Aluminiumoxid (Al2O3) und Siliziumkarbid (SiC) in Korngrößen von einigen 100 nm bis zu etwa 50 µm. Der Volumenanteil der Partikel liegt in der Regel zwischen 5 und 40%.

Werkstoffeigenschaften lassen sich gezielt einstellen

Durch eine Variation von Matrixlegierung, Wärmebehandlung, Art, Korngröße, Form und Anteil der Verstärkungskomponente lassen sich die Eigenschaften der Verbundwerkstoffe gezielt einstellen. Die wesentlichen Vorteile dieser Komposite sind eine im Vergleich zur Matrixlegierung erhöhte statische und dynamische Festigkeit, ein größerer E-Modul, eine verbesserte Verschleißbeständigkeit gegenüber Reibbeanspruchung sowie ein reduziertes Kriechen unter erhöhten Temperaturen.

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Aus diesem Grund werden Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffe in verschiedenen Bereichen für Hightechkomponenten eingesetzt. Typische Anwendungsfelder liegen vor allem in der Automobilindustrie (Zylinderlaufflächen), dem Schienenfahrzeugbau (Bremsscheiben), der Luft- und Raumfahrt (Längsversteifungsträger) sowie der Sportgerätetechnik (Golfschläger, Fahrradrahmen).

Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffe noch wenig verbreitet

Trotz der für viele Anwendungen günstigen Werkstoffeigenschaften haben diese Komposite noch keine weit reichende Verbreitung erfahren. Eine Ursache dafür ist nicht zuletzt die schwierige mechanische Bearbeitung.

Die stark unterschiedlichen Eigenschaften von Matrix und Verstärkungskomponente führen zu ständig wechselnden Verhältnissen an der Schneide. Während die hohe Härte der Partikel einen schnellen Werkzeugverschleiß bewirkt, kann die duktile Matrix zur Bildung von Aufbauschneiden führen.

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