Browsing by Author "Esch, Philipp"

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Untersuchung zur Wirkungsweise von lasererzeugten Mikrostrukturen auf Funktionsflächen an Bohrwerkzeugen für metallische Leichtbauwerkstoffe
(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2021) Esch, Philipp; Bauernhansl, Thomas (Univ.-Prof. Dr.-Ing.)
Der steigende Einsatz von hochfesten Aluminiumwerkstoffen und zunehmende Produktivitätsanforderungen erfordern die Entwicklung angepasster, leistungsfähiger Zerspanungswerkzeuge. Um das Einsatzverhalten von Bohrwerkzeugen unter quasi-trockenen Bedingungen (MMS) zu verbessern, untersucht diese Arbeit die Wirkungsweise von geometrisch definierten Mikrostrukturen auf der Spanfläche. Auf Basis einer grundlegenden Auswertung des wissenschaftlichen und technischen Stands wird eine Orientierungsstudie (Screening) durchgeführt, um die statistisch signifikanten Bestimmungsfaktoren zur Strukturauslegung zu identifizieren und geeignete Herstellmittel auszuwählen. Unter Berücksichtigung der Verfahrensgrenzen werden Mikrostrukturen im Rahmen eines CCD-Versuchsplans gezielt auf den Anwendungsfall hin entwickelt. Diese Untersuchung zeigt, dass Mikrostrukturen sowohl reduzierend als auch erhöhend auf das Anhaftungsverhalten und den Kontaktbereich zwischen Span und Spanfläche wirken können. Hohe Normalspannungen sind allerdings aus Erwägungen der Strukturfestigkeit im vorderen Bereich des Schneidkeils zu vermeiden. Weiter konnte nachgewiesen werden, dass mit einem sich verändernden Reibkoeffizienten auf der Spanfläche Einfluss auf die Spanformung genommen werden kann. Durch reduzierte Reibbedingungen auf der Spanfläche wird der Schwerwinkel und der Umformgrad reduziert. Dieser Mechanismus führt zu geringeren aufzubringenden Zerspankräften und einer kompakteren Spanform. Zudem konnte der Kapillareffekt an Strukturen nach Art und Dimension der optimierten Strukturkonfiguration nachgewiesen werden. Die bessere Verteilung des eingesetzten MMS-Öls kann daher als weiterer Wirkeffekt benannt werden. Die im Orthogonalschnittversuch entwickelten Strukturen wurden zur Validierung auf ein Bohrwerkzeug übertragen und vergleichend geprüft. Die strukturierten Werkzeuge haben zu einer signifikanten Herabsetzung der aufzubringen Axialkraft und des Drehmoments um bis zu 25% geführt.