DE69914374T2 - Bearbeitung von Metall-Matrix-Verbundwerkstoff (MMC) durch Hochgeschwindigkeitsverfahren - Google Patents
Bearbeitung von Metall-Matrix-Verbundwerkstoff (MMC) durch Hochgeschwindigkeitsverfahren Download PDFInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken aus Metall-Matrix-Verbundwerkstoffen (MMC) zur Formung von Teilen wie Pleuelstangen, Kolben, Bremsscheiben und anderen mechanischen Bauteilen.
- Hintergrund der Erfindung
- Metall-Matrix-Verbundwerkstoffe (MMC) sind in den letzten zehn Jahren bekannt geworden. Bei den MMC-Werkstoffen handelt es sich um Verbundwerkstoffe, die aus einem Binderwerkstoff wie Aluminium, Titan oder Legierungen dieser Stoffe bestehen und eine Verstärkung durch Beimischung von Fasern oder Partikeln solcher Stoffe wie Siliziumkarbid, Borkarbid oder Aluminiumoxid aufweisen. Typischerweise beträgt der Anteil Verstärkungsmaterial zwischen etwa 15 Gewichts-% bis zu etwa 70 Gewichts-% des MMC-Werkstoffs. MMC-Werkstoffe mit einem niedrigeren Anteil Verstärkungsmaterial als ca. 15% werden in dieser Beschreibung nicht als MMC-Werkstoffe einbezogen, da solche Werkstoffe mit den Hilfsmitteln bearbeitet werden können, die normalerweise bei der Bearbeitung des Binderwerkstoffs ohne die Verstärkung benutzt werden.
- MMC-Werkstoffe besitzen sehr interessante Eigenschaften, die abhängig vom Einsatzgebiet maßgeschneidert werden können, wodurch solche Vorteile erzielt werden wie geringeres Gewicht, höhere Festigkeit, höhere Steifigkeit und bessere Langzeitfestigkeit des jeweiligen Teils als durch die Anwendung konventioneller Werkstoffe für das spezifische Einsatzgebiet erreicht werden können.
- Die Fahrzeugtechnologie, bei der schnell bewegliche Teile, wie Pleuelstangen, zweckmäßigerweise mit Hilfe dieser Metallverbundwerkstoffe ausgeführt werden können, ist ein Beispiel für eine Einsatzgebiet für MMC-Werkstoffe. Fahrzeughersteller versuchen konstant, höhere Leistung in Bezug auf Kraftstoffverbrauch, Emissionen, Vibrationen, Lärm, Komfort und dergleichen zu erreichen. Wichtig in Bezug auf all diese Parameter ist ein verringertes Gewicht, insbesondere bei nicht-nachgiebigen Massen und schnell beweglichen Motorteilen. Besonders in Verbindung mit Wettbewerbstätigkeiten, wenn Kraftfahrzeuge benutzt werden, sind die oben genannten Eigenschaften bei Motorteilen sehr erwünscht. Pleuelstangen stellen, wie genannt, ein Beispiel für solche Bauteile dar, bei denen ein verringertes Gewicht sehr vorteilhaft ist.
- Bei Rennsportaktivitäten für Fahrzeuge werden leichte Werkstoffe wie Aluminium, Titan oder Kohlefaser-Verbundwerkstoffe allgemein an Stelle von Stahl bei den genannten Typen von Bauteilen verwendet.
- Ein anderer, interessanter Anwendungsbereich für MMC-Produkte sind Bremsscheiben für Personenkraftwagen, Lastkraftwagen und Züge.
- Ein größerer Nachteil bei der Anwendung von MMC-Werkstoff besteht darin, dass der Werkstoff sehr schwer zu bearbeiten gewesen ist. Bei der Formung eines Bauteils, bei dem ein MMC-Werkstoff vorkommt, kommen Verfahren wie Gießen des Bauteils in einer Gießform, die weitgehend der fertigen Form des Bauteils entsprechen, zur Anwendung. Ein anderes Verfahren besteht in der Anwendung eines geschmiedeten Werkstücks oder einen Teil einer stranggepressten Stange, wobei Funkenerosion der Oberfläche des Bauteils und konventionelle maschinelle Bearbeitung zur Anwendung kommen können, um die endgültige Form des Bauteils zu erhalten. Versuche sind unternommen worden, zum Beispiel Pleuelstangen für Motorräder unter Anwendung in der Herstellung konventioneller Bearbeitungsverfahren herzustellen. Hierbei wurde der Zweck erfüllt, zum gewünschten Bauteil mit seinen gewünschten Eigenschaften, wie niedrigerem Gewicht, zu kommen. Die Anwendung einer solchen Pleuelstange in einem Motor hat als Ergebnis zu einem Motor geführt, der drehzahlwilliger ist, und bei dem weniger niedrigfrequente Vibrationen im Motor erzeugt werden. Ein Problem besteht jedoch darin, dass die Kosten für die Herstellung des Motorteils sehr hoch sind, was mit sich führt, dass die Anwendung auf solche Gebiete eingeschränkt oder begrenzt ist, bei denen die Kosten von weniger Bedeutung sind.
- Eine Anzahl von Patentschriften legt verschiedene Verfahren für eine Endform-Formung bei aus MMC-Werkstoffen hergestellten Bauteilen offen. Das US-Patent 5,765,667 sei hier als ein Beispiel genannt. In diesem Patent ist ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils beschrieben, in diesem Beispiel eine Scheibenbremse, durch Gießen des Bauteils zu einer Form, die sehr nahe der endgültigen Form des Bauteils entspricht, um – und dies seit nachdrücklich betont – weitest gehend den Bedarf einer Bearbeitung durch spanende Werkzeuge auszuschalten. Für den Fachmann ist es einsichtig, den Bedarf an Bearbeitung mit spanenden Werkzeugen zu vermeiden, da der MMC-Werkstoff, wenn er aus Aluminium als Grundwerkstoff und einer Verstärkung in Form von Silizumkarbidpartikeln genau die gleiche Zusammensetzung aufweist, die normalerweise bei spanenden Schleifwerkzeugen verwendet wird.
- Die im MMC-Werkstoff eingebetteten Siliziumpartikel haben eine verheerende Wirkung auf die Schneidwerkzeuge bei einer Bearbeitung unter Anwendung konventioneller Bearbeitungstechnik, da die Schneiden der Schneidwerkzeuge durch die schleifenden Partikel im Verbundwerkstoff schnell abgenutzt werden.
- Im Konferenzpapier: 30th ISIATA, ISBN:0-9477119-94-6, „Materials for Energy-Efficient Vehicles; Paint and Powder Coating Application in the Automotive Industries, Florence, Italy, 16.17 Jun. 1997, beschreiben Dr. L. IULIANO, Mr. L. SETTINERI und Mr. A. GATTO ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem Metall-Matrix-Verbundwerkstoff unter Einsatz recht hoher Schnittgeschwindigkeiten. Der Gehalt an Verstärkung beträgt bei dem Versuchswerkstoff etwa 10%. Es wird gezeigt, dass bei jeder Schnittgeschwindigkeit sich der Werkzeugverschleiß mit zunehmender Vorschubgeschwindigkeit bis zu einem bestimmten Wert verringerte. Allerdings befasst sich das Papier nicht mit der Bearbeitung von MMC-Werkstoffen mit höherem Verstärkungsgehalt, wenn die Schneidwerkzeuge durch die schleifen den Partikel schnell abgenutzt werden.
- Die vorliegende Erfindung zeigt eine unerwartete Lösung des oben beschriebenen Problems.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Ein Aspekt der Erfindung gründet sich auf ein Verfahren zum Formen eines Werkstücks aus einem MMC-Verbundwerkstoff mit Hilfe ein nachstehend so genannten Hochgeschwindigkeitsmaschine (abgekürzt HSM), wobei einem Bauteil durch dieses Bearbeitungsverfahren direkt die endgültige Form gegeben werden kann. Das Werkstück kann aus Schmiedeguss oder Guss oder ein Teil einer stranggepressten Stange oder ein Roherzeugnis aus anderweitiger Herstellung sein.
- Die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung bedeutet, dass das Schneidwerkzeug verglichen mit konventioneller Bearbeitungstechnik mit einer sehr hohen Geschwindigkeit im Verhältnis zu dem bearbeitenden Werkstück arbeitet. Die Schneidwerkzeuge von gegenwärtigem Interesse sind vorzugsweise Fräs- und Bohrwerkzeuge.
- So wie der Begriff „Hochgeschwindigkeitsbearbeitung" (HSM) in dieser Schrift benutzt wird, ist darunter ein Verfahren zu verstehen, das sich von konventionellen Bearbeitungsverfahren unterscheidet. Es kommt gelegentlich vor, dass mit diesem Begriff auch konventionelle Verfahren bezeichnet werden, wenn neue Verfahren erscheinen, um die Grenzen der konventionellen maschinellen Bearbeitung in höhere Bereiche vorschieben. So ist, wie aus dem Nachstehenden hervorgehen wird, der Begriff hier nicht zu verstehen.
- Die HSM-Bearbeitung ist gekennzeichnet durch:
- – sehr hohe Schnittgeschwindigkeiten.
- – hohe Scherspannungsgeschwindigkeit (die Fähigkeit, einen Span vom Werkstück zu trennen)
- – eine sehr hohe Energiedichte je Zeiteinheit wird vor der Schneide erzeugt (typischer Wert: MW/mm3),
- – bei der Spanbildung herrscht örtlich an der Wendeplatte eine sehr hohe Temperatur.
- – der Span fließt, ohne Berührung mit der Schneide zu haben,
- – die Scherkräfte nähern sich asymptotisch dem Wert null.
- Nachstehend folgen einige Beispiel für hohe Schnittgeschwindigkeiten bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung einiger Werkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung:
- – Aluminium ca. 3000 m/min (konventionell ca. 100–300 m/min)
- – Titan ca. 15000 m/min (konventionell ca. 15.100 m/min).
- Die Ermittlung der richtigen Schnittgeschwindigkeit ist abhängig von der Art des zu bearbeitenden Werkstoffs, um die vorstehend diskutierten Zustände zu erhalten, die als kennzeichnend für Hochgeschwindigkeitsbearbeitung genannt werden. Dies kann, was für den Fachmann einsichtig ist, ohne übertriebenes Experimentieren erfolgen, wenn er sich dieser Offenlegung bewusst ist.
- Bei Versuchen zur Ermittlung einer optimalen Schnittgeschwindigkeit für eine Hochgeschwindigkeitsbearbeitung eines neuen Werkstoffs können die Scherkräfte untersucht werden. Diese Kräfte nähern sich asymptotisch dem Wert null, wenn die Kriterien für den Zustand der HSM-Bearbeitung erreicht sind. Demzufolge kann gesagt werden, dass der HSM-Zustand ansteht, wenn die Scherkräfte mit zunehmenden Schnittgeschwindigkeiten abnehmen. Beim genannten HSM-Zustand besteht das Ziel darin, eine optimale Schnittgeschwindigkeit für den bearbeiteten Werkstoff festzulegen. Bei konventioneller Bearbeitung nehmen die Scherkräfte mit zunehmenden Schnittgeschwindigkeiten zu. Dies bedeutet, so wie dies nun zu verstehen ist, dass die Scherkräfte als eine Funktion der Schnittgeschwindigkeit durch eine Kurve dargestellt werden können, die einen globalen Höchstwert (lokale Höchstwerte oder Mindestwerte können vorkommen, hat. Wenn die Bearbeitungsdaten solcher Art sind, dass die Bearbeitung auf der ansteigenden Seite der Kurve ausgeführt wird, handelt es sich weiterhin um eine konventionelle Bearbeitung. Andererseits liegt ein HSM-Zustand vor, wenn die Bearbeitung unter solchen Bedingungen ausgeführt wird, dass die Bearbeitung auf der abfallenden Seite der Kurve ausgeführt wird, oder, mit anderen Worten: eine HSM-Bearbeitung liegt vor, wenn der globale Höchstpunkt vergangen ist.
- Ein anderer Vorteil durch die Anwendung der HSM-Bearbeitung besteht darin, dass der Span den größeren Teil der im Schneidpunkt erzeugten Wärme aufnimmt, typischerweise 80%, wobei ein Werkstück im Wesentlich unbeeinflusst von der bei der Bearbeitung erzeugten Wärme gehalten wird.
- Es hat sich gezeigt, dass die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung unerwartet gute Ergebnisse bei Einsatz bei MMC-Werkstoffen erbringt. Ungeachtet des großen Anteils schleifender Substanzen im Werkstoff scheint es, als ob die Schneidwerkzeuge ihre Schärfe über eine lange Zeit beibehalten, als blieben sie unbeeinflusst vom Vorkommen der schleifenden Substanzen im MMC-Werkstoff. Die dahinter liegenden Ursachen sind nicht ganz verstanden, wie die Verläufe innerhalb des Werkstoffes, damit ist gesagt, es ist noch nicht richtig bekannt, was bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung des MMC-Werkstoffs in der Tat mit dem Werkstoff im Zerspanungspunkt geschieht. Eine Theorie geht darauf hinaus, dass der vom Werkstoff abgetrennte Span bis zu einem gewissen Ausmaß in einen flüssigen Zustand in einem begrenzten Raum unmittelbar vor der Schneide des Schneidwerkzeugs gebracht wird, und dass die eingebetteten Schleifpartikel, die zum Beispiel aus Siliziumkarbid, Borkarbid oder Aluminiumoxid bestehen, durch die gebildete Aufladung abtransportiert werden, ohne dass sie in direkten Kontakt mit der Schneide des Werkzeugs gekommen sind. Dies wäre eine Erklärung dafür, weshalb die Schneidwerkzeuge ihre Schärfe beibehalten, ganz im Gegenteil zu dem, was für konventionelle Bearbeitung zutrifft.
- Es sind Versuche durchgeführt worden, eine Pleuelstange mit der HSM-Bearbeitung aus einem MMC-Werkstoff herzustellen. Diese Versuche waren außerordentlich viel versprechend. Wenn die Maschinen die vorschriftsmäßigen Einstellungen in bezug auf Spindelgeschwindigkeit, Schneidgeschwindigkeit, Werkzeugvorschub usw. hatten, wurden gute Bearbeitungsergebnisse verzeichnet. Als ein Beispiel sei genannt, dass beim Formen eines Prototypen einer Pleuelstange, ausgeführt in MMC-Werkstoff bis zur endgültigen Form einerseits durch konventionelle Verfahren und andererseits durch Hochgeschwindigkeitsbearbeitung die Kosten für die Herstellung der Pleuelstange um mehr als das Vierzigfache reduziert werden konnte. Bei einer Serienfertigung von MMC-Bauteilen entsprechend der Erfindung besteht die Möglichkeit, die Kosten noch mehr zu senken.
- Noch weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann einsichtig aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung, worin ausschließlich die vorgezogenen Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben sind, einfach durch Darstellung der für am Besten betrachteten Art zur Durchführung der Erfindung. Wie einzusehen ist, bietet die Erfindung Möglichkeiten zu anderen und verschiedenen Ausführungsformen, und ihre verschiedenen Einzelheiten besitzen Möglichkeiten zu Modifikationen in verschiedener offensichtlicher Hinsicht ohne Abweichung von der Erfindung. Dementsprechend ist die Beschreibung als erläuternder und nicht als einschränkender Art zu betrachten.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt ein Beispiel einer Versuchsarbeit, bei der ein Stück aus MMC-Werkstoff durch Hochgeschwindigkeitsbearbeitung aus einem Rohling geformt worden ist. -
2 stellt ein Beispiel eines Motorteils dar, in diesem Fall eine Pleuelstange, die mit Hilfe des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist. - Beste und verschiedene Arten zur Durchführung der Erfindung
- Eine Anzahl von Beispielen experimenteller Versuche zur Auswertung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
1 zeigt einen Flansch1 , der aus einem aus einem MMC-Werkstoff hergestellten Rohling2 hergestellt worden ist, wobei eine Fräsmaschine dazu benutzt worden war, allen Rohwerkstoff des Rohlings2 rund um den künftigen Flansch1 zu entfernen. Der Flansch1 weist in diesem Fall die Form eines L auf und hat eine Werkstoffdicke von 1 mm und eine Länge von 45 und 15 mm bei den jeweiligen Seiten des L. Die bei diesem Beispiel benutzten Einstellungen für die Bearbeitung sind: Spindeldrehzahl 15000/min, Schneidgeschwindigkeit 565 m/min und Vorschubgeschwindigkeit 3000 mm/min. Die erforderliche Zeit zum Formen des Flansches1 gem.1 betrug 2,5 Minuten. Die Abnutzzeit der Schneidwerkzeuge errechnet sich auf Stunden. Das Werkstück gem. der Figur ist aus einem MMC-Werkstoff mit einem Anteil von 40% Siliziumkarbid im Werkstoff hergestellt. - Versuche sind auch mit Hilfe von Bohrungen in MMC-Werkstoffen mit einem Anteil von 40% SiC durchgeführt worden. Eine Anzahl von Löchern ist mit 6,9 mm HM-Bohrern gebohrt worden, wobei sich die Spindeldrehzahl auf 15000/min und die Vorschubgeschwindigkeit auf 3000 mm/min beliefen. Die Abnutzzeit des Bohrers war in diesem Fall so lang, dass der Bohrer bis zu 1000 Bohrlöcher hielt.
-
2 zeigt ein Beispiel eines Teils für einen Motor, in diesem Fall eine Pleuelstange, direkt aus einem Rohling aus MMC-Werkstoff hergestellt, das bis zu seiner endgültigen Form als Pleuelstange gemäß der Figur durch eine Hochgeschwindigkeitsbearbeitung gemäß der Erfindung bearbeitet worden ist. Die Kosten für die Herstellung einer Pleuelstange gem.2 und hergestellt aus MMC-Werkstoff sind niedrig, und gleichzeitig zeigt die Pleuelstange folgende Vorteile gegenüber aus anderen Werkstoffen hergestellten Pleuelstangen auf: - – verglichen mit Stahl: geringere Masse;
- – verglichen mit Titan: geringere Masse, höhere Steifigkeit;
- – verglichen mit Aluminium; höhere Steifigkeit, höhere Streckgrenze, höhere Ermüdungsfestigkeit, Wärmeausdehnungsbeiwert gleichwertig dem Stahl einer angrenzenden Kurbelwelle;
- – verglichen mit Faserverbundwerkstoff: niedrigerer Preis, isotropische Ei genschaften, Wärmeausdehnungsbeiwert gleichwertig dem Stahl einer angrenzenden Kurbelwelle.
- Durch eine Bearbeitung nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wurden die guten Ergebnisse erzielt durch die Anwendung von Schneidwerkzeugen, die aus beschichtetem Hartmetall hergestellt und mit einer inneren Kanalkühlung versehen waren, sowie durch die Anwendung von Diamantwerkzeugen. Durch die Anwendung von Diamantwerkzeugen werden lange Standzeiten bei den Werkzeugen bis zu 40% Karbidgehalt im MMC-Werkstoff erreicht. Wenn der Karbidgehalt so hoch wie 70% ist, werden immer noch gute Ergebnisse erzielt.
- Das Verfahren gemäß der Erfindung ist anwendbar bei allen Typen von Bauteilen, die aus einem MMC-Werkstoff hergestellt werden sollen, wenn eine maschinelle Bearbeitung im Hinblick auf die endgültige Form des Teils möglich ist. Das Verfahren ist somit nicht auf die dargestellten Beispiele begrenzt, sondern kann bei allen Bauteilen Anwendung finden, wo die Wahl eines MMC-Werkstoffs vorteilhaft ist. Einige Beispiele, die hier zu nennen seien, sind Motorteile, mechanische Strukturen für Raumfahrzeuge, Mechanik für Instrumente, Bremsscheiben für Fahrzeuge u. dgl. Darüber hinaus sind aus MMC-Werkstoff hergestellte Bremsscheiben vorteilhaft im Hinblick auf das niedrige Gewicht verglichen mit Stahl, was dazu beiträgt, die Rotationsenergie, die vor dem Verzögerungsvorgang in den Bremsscheiben gespeichert ist, zu verringern, ein Zustand, der von gewisser Bedeutung bis Zügen ist, wo jede Radachse meistens mit einer Anzahl von rotierenden Bremsscheiben versehen ist, die aus Stahl hergestellt sind.
- Die vorhergehende Beschreibung der Erfindung erläutert und beschreibt die vorliegende Erfindung. Darüber hinaus zeigt und beschreibt die Offenlegung nur die vorgezogenen Ausführungsformen der Erfindung, aber, wie oben genannt, ist zu verstehen, dass die Erfindung die Möglichkeiten für eine Anwendung in verschiedenen anderen Kombinationen, Modifikationen und Umgebungen besitzt. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind eher vorgesehen, die besten bekannten Arten der Durchführung der Erfindung zu erläutern und anderen Fachleuten die Möglichkeit zu bieten, die Erfindung bei solchen oder anderen Ausführungsformen und mit den verschiedenen Modifikationen auszunutzen, die für den einzelnen Anwendungs- oder Gebrauchsfall der Erfindung erforderlich sind. Dementsprechend ist die Beschreibung nicht vorgesehen, die Erfindung auf die hier offengelegte Form zu begrenzen. Außerdem ist beabsichtigt, dass die beiliegenden Ansprüche so aufzufassen sind, dass alternative Ausführungsformen enthalten sind.
Claims (23)
- Ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils von einer vorgegebenen Form aus einem Metall-Matrix-Verbundwerkstoff (MMC), das eine maschinelle Bearbeitung eines Rohlings aus dem MMC-Werkstoff durch Hochgeschwindigkeitsbearbeitung (HSM) zum Erhalten der vorgegebenen Form des Bauteils umfasst, wobei der MMC-Werkstoff hier in der Hinsicht definiert ist, dass er einen Verstärkungsgehalt von zwischen 15% und 70% aufweist, und der Zustand der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung andauert, wenn die Scherkräfte mit zunehmender Schneidgeschwindigkeit abnehmen.
- Ein Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Zustand der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung andauert, wenn die Scherkräfte als Funktion der Schneidgeschwindigkeit einen globalen Höchstwert überschritten haben.
- Ein Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schneidwerkzeug ein Teil ausgewählt aus der Gruppe umfasst, die aus beschichteten Hartmetallschneiden besteht, eine Bornitridschneide und eine Diamantschneide.
- Ein Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Schneidwerkzeug ein Teil ausgewählt aus der Gruppe umfasst, die aus beschichteten Hartmetallschneiden besteht, eine Bornitridschneide und eine Diamantschneide.
- Ein Verfahren nach Anspruch 4, wobei der MMC-Werkstoff, der zu bearbeiten ist, einen Verstärkungsgehalt von zwischen etwa 15% und etwa 70% aufweist.
- Ein Verfahren nach Anspruch 3, wobei der MMC-Werkstoff, der zu bearbeiten ist, einen Verstärkungsgehalt von zwischen etwa 15% und etwa 70% aufweist.
- Das Verfahren nach Anspruch 6, wobei die genannte Verstärkung zumindest ein Teil aus der Gruppe umfasst, die aus Siliziumkarbid, Borkarbid und Aluminiumoxid besteht.
- Das Verfahren nach Anspruch 5, wobei die genannte Verstärkung zumindest ein Teil aus der Gruppe umfasst, die aus Siliziumkarbid, Borkarbid und Aluminiumoxid besteht.
- Ein Verfahren nach Anspruch 5, wobei es sich bei der genannten Verstärkung um ein Karbid handelt.
- Ein Verfahren nach Anspruch 6, wobei es sich bei der genannten Verstärkung um ein Karbid handelt.
- Ein Verfahren nach Anspruch 5, wobei der MMC-Werkstoff zumindest eines Grundsubstanz umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminium, Titan und Legierungen davon besteht.
- Ein Verfahren nach Anspruch 6, wobei der MMC-Werkstoff zumindest eines Grundsubstanz umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminium, Titan und Legierungen davon besteht.
- Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Bauteil um ein Bauteil für Kraftfahrzeuge oder für eine Anwendung in optischen Systemen handelt.
- Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei es sich bei dem Bauteil um ein sich schnell bewegendes Motorteil handelt.
- Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei es sich bei dem Bauteil um eine Pleuelstange oder eine Kurbelwelle handelt.
- Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Bauteil um ein Bauteil für Schienenfahrzeuge, Lastkraftwagen oder Personenkraftwagen handelt.
- Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei es sich bei dem Bauteil um eine Bremsscheibe oder einen Bremssattel handelt.
- Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei es sich bei dem Bauteil um ein Bauteil für Kraftfahrzeuge oder für eine Anwendung in optischen Systemen handelt.
- Das Verfahren nach Anspruch 18, wobei es sich bei dem Bauteil um ein sich schnell bewegendes Motorteil handelt.
- Das Verfahren nach Anspruch 18, wobei es sich bei dem Bauteil um eine Pleuelstange oder eine Kurbelwelle handelt.
- Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei es sich bei dem Bauteil um ein Bauteil für Schienenfahrzeuge, Lastkraftwagen oder Personenkraftwagen handelt.
- Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Scherkräfte als Funktion der Schneidgeschwindigkeit sich asymptotisch dem Wert null nähern.
- Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Geschwindigkeit des für die Bearbeitung des Rohlings eingesetzten Schneidwerkzeugs in einem Schneidpunkt relativ dem Rohling einen solchen Wert hat, das der durch die Bearbeitung gebildete Span lokal zumindest momentan im Schneidpunkt fließt.
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US5415500A (en) * | 1993-10-04 | 1995-05-16 | Rockwell International Corp. | Method of drilling holes in reinforced metal matrix composites |
PL176608B1 (pl) * | 1994-03-29 | 1999-06-30 | Niles Simmons | Narzędzie kształtowe i sposób obróbki wiórowej zestawów kół narzędziem kształtowym |
US5758999A (en) * | 1994-07-21 | 1998-06-02 | Geise; Samuel C. | Hydraulically powered spindle for working metals and composite materials |
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