03: Signaturen der Fertigungsprozesse Teil 1 Flashcards
Fertigungsverfahren nach DIN 8580
- Urformen (Gießen, Extrudieren)
- Umformen (Walzen, Tiefziehen)
- Trennen (Fräsen, EDM)
- Fügen ( Schweißen, Löten)
- Beschichten (Lackieren, Galvanisieren)
- Stoffeigenschaften ändern ( Härten, Verfestigen)
Einteilung der Fertigungsverfahren im Sinne der Prozesssignatur
3 Hauptwirkungen:
- mechanisch (Walzen, Tiefziehen etc.)
- thermisch (EDM, Schweißen etc.)
- chemisch (ECM, LCM etc.)
-> verschiedene Fertigungsverfahren werden somit in einer Hauptwirkung zusammengefasst
-> Wirkungsdreieck und Modifikationsabbildung wichtig
Prozesssignatur: Definition
Die Prozesssignatur beschreibt den Zusammenhang zwischen der Werkstoffbeanspruchung und der
Werkstoffmodifikation und gibt (zusammen mit der Kenntnis des Eingangszustandes) Auskunft über die resultierenden Oberflächenintegrität
Prozesssignatur: Ziel und Hypothese
Ziel:
Die Vorhersage funktioneller Bauteileigenschaften
auf Basis erstellter Prozesssignaturen
Hypothese:
Kenntnis des resultierenden Ausgangszustandes
(Oberflächenintegrität) ermöglicht die Vorhersage der Bauteilfunktion
Wirkkette
- Systemgröße
- Stellgröße
- Prozessgröße
- Werkstoffbeanspruchung
- Werkstoffmodifikation
- Funktionseigenschaft
–> Die Prozesssignatur findet zwischen 4. und 5. statt
Systemgröße: Defintion
Beschreiben den momentanen Zustand eines Systems
innerhalb der betrachteten Systemgrenzen, nicht aber, wie er erzielt wurde.
Bsp.: Werkzeug, Werkstück, Hilfsmedien, etc.
Stellgröße: Definition
Größen, die an der jeweiligen Bearbeitungseinrichtung zur Steuerung des Bearbeitungsprozesses dienen.
Bsp.: Entladestrom / -spannung, Entladedauer, Pausendauer, etc.
Prozessgröße: Definition
Größen, die während des fertigungstechnischen Prozesses vorliegen. Sie bewirken in ihrer Abfolge und ggf. Überlagerung u.a. die Werkstoffbeanspruchung bzw. die Werkstoffmodifikation.
Bsp.: Wärmestrom, Kraft / Druck, chemisches Protenzial
Werkstoffbeanspruchung: Definition
Sie beschreibt die inneren Lastzustände im Werkstück
durch äußere Wirkungen in folge des Fertigungsprozesses.
Bsp.: Dehnungsfelder, Spannungsfelder, Temperaturfelder
Werkstoffmodifikation: Definition
Der aus der Werkstoffbeanspruchung resultierende
„Vorgang**“ und die damit einhergehende stoffliche
Veränderung.“ Als Folge des Vorgangs entsteht eine
modifizierte Oberfläche/Randzone (Oberflächenintegrität).
**Vorgänge:
* Gefügeveränderung,
* Eigenspannungsausbildung
* etc.
-> wichtig: Die Modifikation ist die Änderung, nicht der (neue) Endzustand
Phasenfeldmethode
- Grenzfläche wird als Mische angesehen
- Möglichkeiten zur Beschreibung, wie sich die Korngrenzen bewegen
Prozesssignaturkomponente: Definition
Die Prozesssignaturkomponente ist der
prozessspezifische Zusammenhang zwischen der Werkstoffbeanspruchung und einer Werkstoffmodifikation auf einer ausgewählten
Betrachtungsebene.
- Beanspruchung auf der Abszisse
- Modifikation auf der Ordinate
–> Ermöglicht die Vorhersage der Modifikation in Abhängigkeit von der Beanspruchung
Funktionseigenschaften: Definition
Physikalisch, chemisch oder technologisch beschreibbare Werkstoff- und Bauteileigenschaften. Werkstoffeigenschaften und mikrogeometrische Werkstückeigenschaften zählen dann zu den Funktionseigenschaften, wenn sie für die Bauteilfunktion relevant sind. Vor allem solche, die durch die Oberflächenintegrität bestimmt werden.
Möglichkeiten Druckeigenspannungen zu erhöhen
(Bsp. Randzone der Turbinenschaufeln)
- Autofrettieren
- Aufdornen
- Hämmern
- Kugelstrahlen
- Wasserstrahlen
- Laserschockverfestigen
- Festwalzen
Kugelstrahlen: Funktionsweise
- Strahlmittel wird unter hohem Druck auf die Bauteiloberfläche geschleudert
- Kinematische Energie wird in mechanische Arbeit umgewandelt -> mechanische Beanspruchung
- Auf Grund mechanischer Beanspruchung kommt es zu partieller Umformung und Verdichtung des Volumens
Kugelstrahlen: Vor- und Nachteile
Vorteile:
* Relativ kostengünstiges Verfahren
* Für die Bearbeitung von großen Flächen
Nachteile:
* Geringere Eindringtiefe als beim Festwalzen oder Laserschockverfahren
* Verschlechterung / Beeinflussung der Oberflächenrauheit
* Nicht gut geeignet für dünne Bauteile
Laserschockverfahren: Funktionsweise
- Hochenergetischer, sehr kurzer Laserimpuls wird auf die Metalloberfläche geschossen
- Metalloberfläche ist mit einer schwarzfarbigen Schicht bedeckt, welche durch die Energie verdampft und expandierendes Plasma bildet
- Plasma erzeugt mechanische Beanspruchung (elastischplastische Schockwellen)
- Schockwellenintensität wird durch die
Wasserbeschichtung erhöht
Laserschockverfahren: Vor- und Nachteile
Vorteile:
* Nahezu keine geometrischen Einschränkungen
* Geringe Beeinfluss der Oberflächenrauheit
Nachteile:
* Hohe Investitionskosten
* Druckeigenspannungen geringer als nach dem Festwalzen
Festwalzen (Walzkugel/Walzzange): Funktionsweise
- Ein Werkzeug, das dem Anwendungsfall entsprechend geformt ist, wird mit einer definierten Kraft auf die Bauteiloberfläche gedrückt
- Mechanische Beanspruchung führt zu elastisch-plastischen Verformung der Randzone
- Verformung führt zu Druckeigenspannungen und Verfestigung der Randzone
Festwalzen (Walzkugel/Walzzange): Vor- und Nachteile
Vorteile:
* Oberflächenrauheit wird oft verringert
* Gut automatisierbar
* Erzeugte höhere Druckeigenspannungen als LSV
* Sehr hohe Eindringtiefe im Vgl. zu Kugelstrahlen
Nachteile:
* Hohe Werkzeugkosten auf Grund von Werkzeugverschleiß
* Geometrische Einschränkungen bei der Bearbeitung
