Abstract
During manufacturing of metallic components, thermo-mechanical loadings induce surface layer states like topography or residual stresses, which influence the component properties like fatigue strength. In order to optimize the component properties, a mechanical surface treatment can be carried out after the machining process. In this work, the influence of the process parameters processing velocity and penetration depth on the resulting tool wear during external longitudinal turning of AISI 4140q&t by Complementary Machining is analyzed. The process strategy Complementary Machining (CM) combines machining and mechanical surface treatment using the cutting tool. The mechanical surface treatment takes place after the machining in the opposite machining direction. The results of this study show that the process variables have an influence on the tool wear and thus directly influence the resulting topography. The fatigue analysis shows that the fatigue strength after Complementary Machining is comparable to that of shot peening. Furthermore, the concept of local fatigue strength is used to show the extent that residual stress reduction as a result of cyclic loading affects the fatigue strength.
Kurzfassung
Bei der Herstellung metallischer Bauteile beeinflussen die wirkenden thermo-mechanischen Lastkollektive die Randschichtzustände wie z. B. Topographie oder Eigenspannungen, welche wiederum die Bauteileigenschaften wie die Schwingfestigkeit beeinflussen. Zur Optimierung der Randschichtzustände kann nach dem Zerspanungsprozess eine mechanische Oberflächenbehandlung durchgeführt werden. In dieser Studie wird der Einfluss der Prozessstellgrößen Bearbeitungsgeschwindigkeit und -tiefe auf den Werkzeugverschleiß bei der Komplementärzerspanung im Außenlängsdrehen am Beispiel des Vergütungsstahls 42CrMo4 analysiert. Die Komplementärzer-spanung kombiniert die Zerspanung mit der mechanischen Oberflächenbehandlung unter Verwendung des Zerspanungswerkzeugs, indem nach der Zerspanung in entgegengesetzter Bearbeitungsrichtung die mechanische Oberflächenbehandlung erfolgt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Prozessstellgrößen Einfluss auf den einsetzenden Werkzeugverschleiß haben und damit unmittelbar die resultierende Topographie beeinflussen. Die Schwingfestigkeitsanalyse zeigt, dass die Schwingfestigkeit nach der Komplementärzerspanung vergleichbar mit der beim Kugelstrahlen ist. Weiterhin wird anhand des Konzepts der lokalen Dauerfestigkeit vorgestellt, inwieweit sich der Eigenspannungsabbau infolge zyklischer Belastung auf die Wechselfestigkeit auswirkt.
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