Steigende Ansprüche an die Leistungsfähigkeit von Bauteilen führen zur Entwicklung von Werkstoffen, bei denen herkömmliche Fertigungsverfahren aus ökonomischer und ökologischer Sicht an ihre Grenzen stoßen. Dazu gehören schwer zerspanbare Titanlegierungen wie Ti6Al4V und der Glaskeramikwerkstoff Zerodur. In den vergangenen Jahren wurden mit der Ultraschall-Überlagerung und der kryogenen Minimalmengenschmierung zwei Technologien entwickelt, die sich insbesondere bei der Bearbeitung von schwer zerspanbaren Werkstoffen gegenüber konventionellen spanabhebenden Verfahren auszeichnen.
In diesem Projekt wurde die Kombination dieser Technologien beim Fräsen von Ti6Al4V und beim Schleifen von Zerodur untersucht.
rechts: Kombination von kryogener Minimalmengenschmierung und ultraschallunterstützter Zerspanung beim Schleifen von Zerodur (Quelle: IPH / TH Deggendorf)
Das Ziel des Projekts war es, ein erhöhtes Verständnis über die Auswirkungen der Technologieüberlagerung auf den Zerspanungsprozess aufzubauen. Im Fokus standen Prozesskräfte, der Werkzeugverschleiß sowie die Bauteiloberflächenqualität.
Für beide Fertigungsverfahren wurden in empirischen Untersuchungen geeignete Bearbeitungsöle sowie Durchflussparameter für die kryogene Minimalmengenschmierung und geeignete Ultraschallparameter ermittelt. Die Validierung der Technologieüberlagerung erfolgte abschließend mit der Fertigung von Referenzbauteilen.
Die Überlagerung der Technologien führte sowohl beim Fräsen als auch beim Schleifen zu längeren Standwegen bzw. zu einem geringeren Werkzeugverschleiß. Durch die Ultraschallüberlagerung war jedoch die Oberflächenrauheit durchwegs höher. Bei Betrachtung der Zerspankräfte sind keine Aussagen über einheitliche Trends möglich. Dennoch weist die ultraschallunterstützte kryogene Minimalmengenschmierung, insbesondere durch die Verschleißreduktion, ein großes Potenzial für die Bearbeitung von schwer zerspanbaren Werkstoffen auf.
