Faserverstärkte Keramik mit angepassten Werkzeugen effizient bearbeiten

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SMW-AUTOBLOK Spannsysteme GmbH

TU Dortmund Institut für Spanende Fertigung

Synthetischer Diamant ist verschleißbeständig

Für die Nutenbearbeitung wurden ebenfalls verschiedene Bindungssysteme verglichen [6]. Dort haben sich die galvanisch belegten Werkzeuge gegenüber gesinterten und gelöteten Bindungssystemen als geeigneter erwiesen. Es wurden sowohl natürliche, normalfeste als auch hochfeste, synthetische, blockförmige Diamantkörner mit stark negativen Spanwinkeln eingesetzt. Die verwendeten Naturdiamanten sind mikrosplitternd, wodurch geringere Prozesskräfte als Summe der Einzelkornkräfte zu verzeichnen sind.

Nachteilig ist dabei die geringere Formtreue der Werkzeuge durch eine vergleichsweise rasche Zurücksetzung des Diamantkorns und eine damit verbundene Radiusabnahme. Dabei erweisen sich die synthetischen Diamantkörner als verschleißbeständiger und dadurch formtreuer. Die durch die stark negativen Spanwinkel verursachten hohen Schleifnormalkräfte verursachen jedoch eine höhere radiale Auslenkung der Werkzeuge, die durch eine abschließende Schlichtoperation kompensiert werden kann. Beim Einbringen von Taschen ist es aufgrund der höheren axialen Steifigkeit sinnvoll, eine Bearbeitungsstrategie und Werkzeuggeometrie zu wählen, die vornehmlich axiale Werkzeugbelastungen hervorrufen, um geometrische Abweichungen durch die Werkzeugabdrängung zu minimieren.

Werkzeuge für die Bearbeitung von Freiformflächen

Für die Bearbeitung von Freiformflächen wurden Werkzeuge eingesetzt, die eine einfache Werkzeuggestaltkompensation ermöglichen. Deshalb wurden für die Grundlagenuntersuchungen zur Freiformflächen-Bearbeitung Schleifstifte in Walzenrundstift-Form eingesetzt. Bei konstanten Schnittwerten wurden dabei Nuten mit unterschiedlichen Anstellwinkeln eingebracht (Bilder 1 und 3).

Erkennbar ist die durchgängige Materialinhomogenität und damit verbundene raue Oberfläche. Im Bild 3a mit der höchsten Schleifstift-Anstellung sind deutlich die Einzelkornbahnen zu erkennen, die sich auch in Formmessungen senkrecht zur Vorschubrichtung wiederfinden. Demgegenüber führt ein steigender Anstellwinkel zu einer zunehmenden Überdeckung der Einzelkornbahnen und damit zu einer signifikanten Verbesserung der Oberflächenqualität. In Bild 4 sind detailliertere REM-Aufnahmen des höchsten und geringsten Anstellwinkels dargestellt.

Faserdurchmesser begrenzt Oberflächengüte

Die erreichbare Oberflächengüte wird bereits durch den Faserdurchmesser von etwa 8 µm begrenzt. In SiC-reichen Gebieten (Bilder 4c und 4f) sind mitunter deutliche Unterschiede feststellbar. Größere Anstellwinkel resultieren in geringeren Einzelkorn-Spanungsdicken und höheren Wirkgeschwindigkeiten am einzelnen Diamantkorn. Bei geringeren Anstellwinkeln, insbesondere im Werkzeugzentrum, sorgt die geringe Relativgeschwindigkeit zwischen Schneidkorn und Werkstück vermutlich dafür, dass die Zerspanprodukte zunächst in der Wirkzone verbleiben und dort sekundäre Zerspanvorgänge hervorrufen.

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