The thermomechanical load on the workpiece surface during the machining process strongly influences its surface integrity and the resulting fatigue strength of the components. In single-lip drilling, the measurement of the mechanical load using dynamometers is well established, but the thermal interactions between the tool and the workpiece material in the surface area are difficult to determine with conventional test setups. In this paper, the development and implementation of an in-process measurement of the thermal load on the bore subsurface is presented. The experimental setup includes a two-color ratio pyrometer in combination with thermocouples, which enable temperature measurement on the tool’s cutting edge as well as in the bore subsurface. In combination, a force measurement dynamometer for measuring the occurring force and torque is used. Thus, the influence of different cutting parameter variations on the thermomechanical impact on the bore surface can be evaluated.

Inconel 718 as one of the most common nickel-base alloys is mainly characterized by its high-temperature strength. Thus, in particular drilling is subject to high tool wear due to high thermomechanical loads on the cutting edges. To reduce those effects an alternative process design of discontinuous drilling was developed which contains a periodical interruption of the machining process with the aim of a targeted wetting and cooling of the tool at regular intervals. Thus, a significant reduction of the thermal load on the tool should provide a benefit to the drilling process and extend the tool life. Numerical and experimental investigations were used to analyze the introduced process strategy modification.

KurzfassungDer Oberfläche von Bauteilen aus Aluminiumlegierungen werden durch ein Plasmanitrieren erheblich verbesserte tribologische Eigenschaften verliehen. Die dünnen, harten Aluminiumnitridschichten versagen jedoch bei hohen Flächenpressungen durch die plastische Verformung des weichen Al-Substrates. Um nitrierte Al-Legierungen auch für tribologisch hohe Beanspruchungen nutzbar zu machen, sind zusätzliche Maßnahmen zur Abstützung der Nitridschicht notwendig. Dafür eignen sich hervorragend thermische Elektronenstrahl(EB)-Flüssigphasenbehandlungen wie das EB-Umschmelzlegieren (EBUL). Dabei werden durch das lokale Einlegieren eines geeigneten Zusatzstoffes die chemische Zusammensetzung der Randschicht modifiziert und neuartige, beanspruchungsgerechte Randschichten erzeugt. Die Kombination des EBUL mit dem Plasmanitrieren verbindet eine tief reichende Randschichtverfestigung mit der Erzeugung einer dünnen, harten Schicht und ermöglicht so die Herstellung gradierter Randschichtverbunde.Diese Verfahrenskombination, bestehend aus EB-Umschmelzlegieren mit Kupfer-, Nickel- und Eisen-Basis-Zusatzstoffen und Plasmanitrieren, wurde am Beispiel einer Al-Guss- (AlSi10Mg) bzw. Knetlegierung (AlMg4,5Mn0,7) untersucht. Der Fokus der Untersuchungen lag dabei auf der Bewertung der metallurgischen Kompatibilität beider Prozesse im Hinblick auf die thermische Stabilität der EBUL-Schichten bei Nitriertemperatur (470 °C) und deren Eignung für die Erzeugung einer Nitridschicht durch das nachfolgende Plasmanitrieren. Die durchgeführten Verschleißversuche verdeutlichen das Potenzial dieser Duplexbehandlung für Al-Legierungen.

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