Analyse zum Kühlschmierstoffeinsatz beim Mikrofräsen von cp-Titan

  • Die Entwicklung von Mikrobearbeitungsverfahren wie dem Mikrofräsen wurde durch die fortschreitende Miniaturisierung von Bauteilen und die Nachfrage nach funktionalisierten Bauteiloberflächen vorangetrieben. Hohe Flexibilität, ein breites Spektrum an bearbeitbaren Werkstoffen und eine große Vielfalt an herstellbaren Geometrien zeichnen das Mikrofräsen aus. Nachteilig ist jedoch die prozessbedingt hohe Reibung, die wiederum zu hohem Werkzeugverschleiß und reduzierter Oberflächenqualität führt. Eine Möglichkeit zur Reduzierung des Verschleißes und damit zur Erhöhung der Standzeit der Werkzeuge und der Qualität der erzeugten Oberflächen ist der Einsatz von Kühlschmierstoffen. Im Unterschied zum konventionellen Fräsen werden Kühlschmierstoffe beim Mikrofräsen bislang nur vereinzelt eingesetzt. Aufgrund von Größeneffekten können die Kenntnisse der konventionellen Zerspanung nicht direkt auf das Mikrofräsen übertragen werden. Deshalb sind grundlegende Untersuchungen zum Einsatz von Kühlschmierstoffen beim Mikrofräsen erforderlich. In dieser Arbeit wurde eine Analyse zum Kühlschmierstoffeinsatz beim Mikrofräsen von cp-Titan mit Mikrofräsern mit einem Durchmesser von 50 μm durchgeführt. Hierzu wurden Kühlschmiersysteme zum Einsatz beim Mikrofräsen entwickelt und ausgelegt und der Einsatz verschiedener Kühlschmierstrategien beim Mikrofräsen von cp-Titan untersucht. Dabei wurden die Kühlschmierstrategien Trockenbearbeitung, Nassbearbeitung, Minimalmengenschmierung und indirekte Werkstückkühlung betrachtet. Darüber hinaus wurde der Einfluss unterschiedlicher Kühlschmierstoffe und Drehzahlen auf die Prozess- und Prozessergebnisgrößen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die gewählte Kühlschmierstrategie, der Kühlschmierstoff bzw. die Kühltemperatur und die Drehzahl den Werkzeugverschleiß und die Oberflächenqualität maßgeblich beeinflussen. Durch die geeignete Wahl der Kühlschmierung wird das Prozessergebnis verbessert und gleichzeitig die Prozesseffizienz erhöht.
  • The development of micromachining processes such as micro milling was driven by the ongoing miniaturisation of components and the demand for functionalised component surfaces. Micro milling is characterised by high flexibility, a wide range of materials that can be machined, and a large variety of geometries that can be produced. However, the process-related high friction is a disadvantage, which in turn leads to high tool wear and reduced surface quality. One way to reduce wear and thus increase the tool life and the quality of the manufactured surfaces is to use metalworking fluids. In contrast to conventional milling, metalworking fluids have only been used sporadically in micro milling and, due to size effects, the knowledge of conventional machining cannot be directly transferred to micro milling. Therefore, fundamental studies on the application of metalworking fluids in micro milling are necessary. In this thesis, an analysis was carried out on the application of metalworking fluids in micro milling of cp-titanium with micro end mills with a diameter of 50 μm. Within this research, cooling lubrication systems for use in micro milling were designed and developed and the use of different cooling lubrication strategies for micro milling of cp-titanium were investigated. The cooling lubrication strategies dry machining, wet machining, minimum quantity lubrication and indirect workpiece cooling were considered. In addition, the influence of different metalworking fluids and spindle speeds on the process and process results were investigated. The results show that the selected cooling lubrication strategy, the metalworking fluid and the cooling temperature, and the spindle speed have a significant influence on tool wear and surface quality. The appropriate choice of cooling lubrication improves the process result and at the same time increases the process efficiency.

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Metadaten
Author:Sonja Kieren-Ehses
URN:urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-86679
DOI:https://doi.org/10.26204/KLUEDO/8667
Series (Serial Number):Produktionstechnische Berichte aus dem FBK (01/2025)
Advisor:Jan C. Aurich
Document Type:Doctoral Thesis
Cumulative document:No
Language of publication:German
Date of Publication (online):2025/02/03
Year of first Publication:2025
Publishing Institution:Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau
Granting Institution:Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau
Acceptance Date of the Thesis:2024/06/13
Date of the Publication (Server):2025/02/04
Tag:Kühlschmierstoff; Mikrofräsen; Reintitan
Page Number:V, 155
Faculties / Organisational entities:Kaiserslautern - Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik
DDC-Cassification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Licence (German):Creative Commons 4.0 - Namensnennung, nicht kommerziell, keine Bearbeitung (CC BY-NC-ND 4.0)