Materialforschung mit Positronen: Von der Doppler-Spektroskopie zur

Hierbei stehen einerseits fertigungstechnische Aspekte im Vordergrund [368], als auch die
Erhöhung von Maßhaltigkeit und Oberflächengüte [369]. Es zeigt sich, daß eine höhere Oberflächengüte
im Allgemeinen durch eine Verringerung des Vorschubs erreicht wird. Dies ist
zudem notwendig, da HSC-Spindeln bei hohen Drehzahlen ein geringes Drehmoment aufweisen.
Bei der HSC wird aus diesen Gründen in der Regel mit geringen Vorschüben gearbeitet
[370].
Die Grenze zwischen herkömmlicher Zerspanung und der HSC kann am Übergang zwischen
gleichmäßiger Deformation bei niedrigen Geschwindigkeiten und der stark inhomogenen
Verformung bei der HSC gezogen werden. So fließt bei der HSC der Span nicht mehr
gleichmäßig ab, sondern es kommt häufig zur Bildung von Scherspänen oder Segmentspänen.
Dabei werden im Span Zonen extrem hoher Umformung beobachtet, die direkt an fast unverformte
Bereiche angrenzen [367].
Ein Großteil der mechanischen Arbeit während der Verformung wird durch innere Reibung
im Werkstück und äußere Reibung mit dem Werkzeug in Wärme umgewandelt. Die Wärmeentwicklung
in der Spanwurzel kann bei hohen Schnittgeschwindigkeiten so stark werden,
daß die entstehende Wärmemenge nicht schnell genug über den Span abtransportiert wird
[371,372,373]. Dies kann soweit gehen, daß das Metall lokal aufschmilzt. In der Verformungsvorlaufzone
und in den Scherzonen kommt es durch die lokale Aufheizung zu einer
Entfestigung, die zu einer Abnahme der für die Umformung nötigen Kräfte führt. Dringt das
Werkzeug im weiteren Verlauf des Schneidprozesses in einen noch kalten Bereich des Werkstücks
ein, wiederholt sich der Vorgang.
Die Schädigung in der Randzone nach dem Schneidvorgang ist ein wesentliches Kriterium
zur Beurteilung der Bearbeitungsqualität. Die Auswirkung der Parameter Schnittiefe und
Schnittgeschwindigkeit auf die Schädigung in der Randzone wurden mit Positronen untersucht.
Dazu war es zuerst notwendig, Spanwurzeln so zu präparieren, daß der Schnitt bei definierter
Geschwindigkeit abrupt unterbrochen wird und somit eine Momentaufnahme der
Schädigung bei gegebenen Parametern entsteht. Dazu wurde eine dem Luftgewehr ähnliche
Schußapparatur verwendet, mit der eine Probe mit definierter Geschwindigkeit auf ein feststehendes
Schneidwerkzeug geschossen wurde. Kurz nach dem Eindringen in die Probe wird
der Schnitt durch einen Prellblock aus Hartmetall unterbrochen. Um eine Schädigung der
Probenoberfläche beim Durchflug im Schußkanal zu vermeiden, wurde die Probe längsgeteilt
ausgeführt. Beide Teile wurden vor dem Schuß verschraubt und verstiftet, nachher wieder getrennt
und auf der Innenseite gemessen [22,256]. Die so erhaltene Meßfläche ergibt einen
Längsschnitt durch Span und Spanwurzel.
Abbildung 4.21 zeigt eine typische Positronenabbildung von Span und Spanwurzel im Karbonstahl
C45E. Der Schnitt wurde hier bei einer Geschwindigkeit von 1200 m/min unterbrochen.
Die stärkste Verformung findet sich im Span und in der primären Scherzone (rot). Eine
dem Schnitt vorauslaufende plastische Zone, die sog. Verformungsvorlaufzone, zeigt sich
durch eine mittlere Schädigung (grün). Auf der rechten Seite des Spans läßt sich ein thermisches
Ausheilen von Defekten durch Reibung mit dem Werkzeug beobachten.
Aus einer solchen Abbildung kann die verbleibende Schädigung in der Randzone entnommen
und mit den Schnittparametern korreliert werden. In einer Reihenuntersuchung zeigte sich dabei
ein stärkerer Einfluß der Schnittiefe als der Schnittgeschwindigkeit [22].
Ein Nachweis der Entfestigung durch Wärmeentwicklung im Werkstück ist mit Positronen
ebenfalls möglich. Abbildung 4.22 zeigt die Fehlstellenverteilung in einer Spanwurzel nach
einem Schnitt bei 2400 m/min. Ein thermisch entfestigter Bereich vor und unter der Trennzone
ist deutlich sichtbar. Im Gegensatz zur normalen Zerspanung (siehe Abbildung 4.21) reicht
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