Residual stress and part distortion in milled aerospace aluminium

Moderne Zerspansysteme ermöglichen hohe Zeitspanvolumina während der Fräs-bearbeitung filigraner Luftfahrtbauteile. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit den zerspanungsinduzierten Eigenspannungen und dem resultierenden Verzug von Aluminiumbauteilen. Die mechanische Bauteilbelastung wird mittels eines Modells der Fräskräfte berechnet. Experimente und FE-Simulationen zeigen, dass die thermische Bauteilbelastung während der Fräsbearbeitung von Aluminium vernachlässigbar ist. Anhand mikrostrukturierter Bauteile wird gezeigt, dass hohe Prozesskräfte tiefere Verformungen in der Randzone verursachen. Durch ein empirisches Modell werden Eigenspannungstiefenverläufe prognostiziert, welche vom Zahnvorschub, der Schnittgeschwindigkeit, dem radialen Spanwinkel und dem Drallwinkel signifikant beeinflusst werden. Ferner wird festgestellt, dass Werkzeuge mit einem Eckenradius nahezu eigenspannungsfreie Randzonen erzeugen. Eine Erhöhung des axialen Schneidkantenradius hingegen führt zu höheren Druck-eigenspannungen in tieferen Bereichen aufgrund des Ploughing-Effekts. Schließlich wird eine Methode zur theoretischen Auslegung des Fräsprozesses unter Berücksichtigung des Bauteilverzugs eingeführt, mit welchem minimierte Bauteil-verzüge bei hoher Produktivität erreicht werden. Mit dieser Methode kann zukünftig der experimentelle Aufwand zur Auslegung eines Bearbeitungsprozesses signifikant reduziert werden.