Untersuchungen zum Einfluss der durch moderne Fräsverfahren gefertigten Oberflächen auf die Ermüdung

FKM 2001
Heft Nummer 262
Vorhaben Nr. 220

Kurzfassung:

Zur experimentellen Untersuchung des Zusammenhanges zwischen spanendem Fertigungs- verfahren, resultierendem Randschichtzustand am Bauteil und dessen Ermüdungsfestigkeit wurden sowohl konventionelle Fräsfertigung als auch Hochgeschwindigkeitszerspanung be- trachtet. Ausgegangen wurde dabei von maschinenbautypischen, praxisrelevanten Bearbeitungsparametern. Als Probenwerkstoffe wurden der korrosionsbeständige Stahl X22CrMoV12.1 und die Aluminiumlegierung AICu2MgNi ausgewählt. Zur Bestimmung des Ermüdungsverhaltens im Ergebnis unterschiedlicher Bearbeitung wurden Einstufen-Wöhler- sowie Betriebsfestigkeitsversuche an ungekerbten (Kt ~ 1,0) und bau- teilähnlichen Proben (Kt ~ 1,4) durchgeführt. Zur Beschreibung des Zustandes der Bauteiloberflächen erfolgten röntgenographische Eigenspannungsmessungen, laseroptische und tastende Topographieaufnahmen sowie Härtemessungen mit der Bestimmung von Härtetiefengradienten. Zusammenfassen lassen sich die Versuchsergebnisse wie folgt: .In den untersuchten Parameterbereichen (vc, f, aeJ ap) ist es sinnvoll, eine Lebensdauerrestriktion zu berücksichtigen. .Qualitative Aussagen über den Einfluss von Zerspanungsparametern auf die Ermüdungsfestigkeit von Bauteilen (aus den untersuchten Werkstoffen) können getroffen werden. Eine Quantifizierung ist noch nicht möglich. .Zum Erreichen maximaler Produktivität müssen im aufgestellten Bewertungsmodell die Erkenntnisse der Bauteilfestigkeit berücksichtigt werden. Für den Stahlwerkstoff X22CrMoV12.1 können die Zerspanungsparameter nach dem Kriterium Maximale Produktivität gewählt werden. Es tritt keine Minderung der Bauteilermüdungsfestigkeit ein. Für den Aluminiumwerkstoff AICu2MgNi bestätigte sich die Abschätzbarkeit der Bauteil- Ermüdungsfestigkeit mittels FKM-Richtlinie. Die Ergebnisse zeigen einen großen Einfluss der technologischen Fertigungsbedingungen. Es wurde ein Lösungsansatz für ein Bemessungskonzept aufgestellt und beispielhaft für beide Werkstoffe belegt. Die verallgemeinerungsfähige Aufstellung von Lebensdauerrestriktionen macht weitere Untersuchungen erforderlich, speziell für die Fertigungsverfahren Drehen und Fräsen. Das Ziel des Forschungsvorhabens wurde erreicht. Berichtsumfang:
120 S., 118 Abb., 22 Tab., 48 Lit. Beginn der Arbeiten:
01.04.1997 Ende der Arbeiten:
30.06.2000 Zuschussgeber:
BMWi/AiF-Nr. 11141 B Forschungsstellen:
IMA Materialforschung und Anwendungstechnik GmbH Dresden Geschäftsführer:
Dr.-lng. W. Hanel Institut für Produktionstechnik, Technische Universität Dresden Leitung:
Prof. Dr.-lng. habil U. Füssel Institut für Maschinelle Anlagentechnik und Betriebsfestigkeit Technische Universität Clausthal Leitung:
Prof. Dr.-lng. H. Zenner Bearbeiter und Verfasser:
Prof. Dr.-lng. U. Günther, Dipl.-lng. W. Fessenmayer, Dipl.-lng. O. Krämer Dipl.-lng. H. Mauch Obmann des Arbeitskreises:
Dr.-lng. C. Gerdes, ABB Baden/Schweiz Vorsitzender des Beirates:
Dipl. -lng. J. Rabe, Sachsenring AG