Influence of cutting edge geometry and cutting parameters on surface finish in turn milling of aluminium matrix composites
Authors: Schubert A. , Nestler A. , Funke R. 
Published: September 2010

Das Drehfräsen ist ein noch relativ gering verbreitetes spanendes Fertigungsverfahren zur präzisen Herstellung rotationssymmetrischer Formelemente, bei dem die Spanbildung durch eine Kombination der Rotationsbewegungen von Werkstück und Werkzeug erfolgt. Aufgrund der besonderen Kinematik weist das Drehfräsen großes Potenzial für die Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe auf. Dazu gehören auch partikelverstärkte Aluminiummatrix‐Verbundwerkstoffe, die aus einer vergleichsweise weichen Matrix und harten keramischen Partikeln bestehen. Der heterogene Aufbau derartiger Werkstoffe führt zu einer hohen dynamischen Belastung der Werkzeugschneiden. Des Weiteren müssen sie der starken abrasiven Wirkung der harten Partikel widerstehen, was die Nutzung verschleißfester Schneidstoffe erfordert. Diese Anforderungen erfüllen insbesondere diamantbasierte Schneidstoffe, jedoch ist deren Verwendung in Form von Schneideinsätzen mit Einschränkungen bei der Werkzeuggestaltung verbunden. Für die Untersuchungen zum orthogonalen sowie tangentialen Drehfräsen einer mit 15 Volumenprozent Aluminiumoxidpartikeln verstärkten Aluminiumlegierung wurden Schaftfräser mit unterschiedlichen Einstellwinkeln der Stirnschneide verwendet. Während die ebene (nicht spiralförmige) Schneidengeometrie beim Tangentialdrehfräsen bereits nach kurzer Bearbeitungszeit zu Schwingungen und einer damit verbundenen schlechteren Oberflächengüte führte, erwies sich das orthogonale Drehfräsen als grundsätzlich geeignet. Darüber hinaus konnte bei dieser Verfahrensvariante durch eine Reduzierung des Einstellwinkels der Stirnschneide von 1° auf 0° eine Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit realisiert werden.

Turn milling is still a relatively un common process for precision manufacturing of axially symmetric components. In this process, chip formation is realized by a combined rotation of the workpiece and the cutting tool. Due to its special kinematics, turn milling offers potential for cutting of difficult‐to‐machine materials, such as particle reinforced aluminium matrix composites. The heterogeneous microstructure of these materials with comparatively soft matrix and hard ceramic particles causes high dynamic loads on the cutting edges. Furthermore, the cutting edges have to withstand the highly abrasive effect of the hard particles. This requires the application of wear‐resistant cutting materials, including particularly diamond‐based cutting materials. However, their use as tippings imposes design limitations for the cutting tools. In this investigation, cutting tests on an aluminium alloy reinforced with 15 per cent by volume alumina particles were performed using end mills with different minor cutting edge angles in orthogonal and tangential turn milling. After a short cutting time, during tangential turn milling the flat cutting edge geometry resulted in vibrations of the tool and a poor workpiece surface quality. In contrast, orthogonal turn milling produced no vibrations and enabled higher feed velocities when reducing the minor cutting edge angles from 1° to 0°.