05 Funktionsgerechte Prozessauswahl (Grobplanung) Flashcards
Chancen durch eine gezielte Einstellung von Produkteigenschaften durch Fertigungstechnologien - Potenziale neuer/verbesserter Produkte und Kopierschutz (3)
o Erhöhung der Sicherheit technischer Systeme
o Erhöhter Kundennutzen (Alleinstellungsmerkmal)
o Erhöhung der Wettbewerbsfähigkeit
Chancen durch eine gezielte Einstellung von Produkteigenschaften durch Fertigungstechnologien - Potenziale von Energie- und Ressourceneffizienz in Produkt und Prozess (4)
o Erhöhung der Bauteilleistungsdichte / Materialreduktion
o Steigerung der Bauteillebensdauer
o Steigerung der Funktionsvielfalt der Bauteile
o Energie- und Ressourcenschonung durch intelligente Prozesse und Prozessketten
Funktionalität - Definition
Fähigkeit eines Bauteils zur sicheren Erfüllung der vorgesehenen Funktionen über einen definierten Zeitraum unter gegebenen Randbedingungen
Technologie - 3 Arten
Produkttechnologie
Technische Realisierung von Produktfunktionen
Materialtechnologie
Technische Eigenschaften von Materialien
Produktionstechnologie
Technische Realisierung von Prozessfunktionen
Technologieplanung
Strategische Technologieplanung
Potenziale schaffen, um Produkt- und Prozessinnovationen zu ermöglichen
Operative Technologieplanung
Technologien für konkrete Produktionsaufgabe festlegen
Technologieplanung - Planungshorizonte
Langfristiger Planungshorizont
Effektivität
- Vorgabe von Zielkosten, Materialarten, groben Dimensionen und Toleranzen des Produkts
- Am Markt verfügbare Technologien
Kurzfristiger Planungshorizont
Effizienz
- Detaillierte Kostenstruktur
- Definiertes Material und festgelegte Produktgeometrien
- Für das Unternehmen verfügbare Technologien
Phasen der Technologieplanung im Produktlebenszyklus (7)
(Phasen der operativen Technologieplanung fett)
- Produktplanung
- Entwicklung, Konstruktion
- Arbeitsvorbereitung
- Produktherstellung
- Vertrieb Beratung, Verkauf
- Gebrauch, Instandsetzung
- Entsorgung, Recycling
Integrierte Technologieplanung - Produktanforderungen (4)
- Geometrie
- Werkstoff und Werkstoffeigenschaften
- Maß- und Formtoleranzen
- Oberflächenqualität
Technologieplanung - Grobplanung (3)
- Analyse der Produktfunktionalitäten und Bestimmung des Produktanforderungsprofils
- Funktionsgerechte Auswahl von Fertigungstechnologien
- Verkettung der einzelnen Fertigungstechnologien zu einer Technologiekette
Produktfunktionalitäten - Bauteilfunktionalitäten (6)
Mechanische Funktionalitäten
Leistungsfähigkeit bei mechanischer Beanspruchung
Thermische Funktionalitäten Warmfestigkeit oder Temperaturleitfähigkeit
Optische Funktionalitäten Reflexionseigenschaften, äußeres Erscheinungsbild
Biobasierte Funktionalitäten Funktionalitäten durch biobasierte Bausteine
Tribologische Funktionalitäten Interaktion der Oberfläche mit anderen Medien
Strömungstechnische Funktionalitäten Beeinflussung des Strömungsverhaltens
Tribologie
Wissenschaft und Technik von aufeinander wirkenden Oberflächen in Relativbewegung
Umfasst das Gesamtgebiet von Reibung und Verschleiß
Haptische Funktionalitäten
Oberfläche
Kaufkriterium Nr. 1
Symbiose aus Design und Funktionaliät
Trends
Komplexe synthetische & natürliche Strukturen
Hohe Ausbildungstreue
Partiell angepasstes Design
Branchen
Automobilbau
Telekommunikation
Konsumgüterindustrie
Medizinische Hilfsmittel
Funktionsgerechte Auswahl von Fertigungsverfahren - Informationsquellen für die Technologiesuche (4)
o Normen
o Universitäten/Forschungsinstitute
o Industriepartner und Technologieanbieter
o Publikationen/Fachliteratur
Methodische Generierung von Technologieketten - Planung von Technologieketten
o Unternehmensneutrale Wertschöpfungsbetrachtung
o Produktionsmittelunabhängige Technologieanalyse
Methodische Generierung von Technologieketten - Planung von Fertigungsfolgen
o Berücksichtigung von unternehmensspezifischen Randbedingungen
o Betrachtung von konkreten Maschinen, Werkzeugen etc.
Aufbau einer konventionellen Technologiekette (4)
o Ausschließliche Betrachtung der wertschöpfenden Fertigungsschritte
o Grundsätzliche Eignung von Fertigungstechnologien
o Schwerpunkt auf Technologie und Produktfunktionalität
o Ohne Maschinen- und Unternehmensbindung
Fertigungshistorie
o Der Fertigungsfortschritt erfolgt in einer Fertigungskette bzw. Technologiekette oder Fertigungsfolge
o Jeder Fertigungsschritt hinterlässt am Bauteil (Geometrie, Oberfläche, Randzone) charakteristische Veränderungen.
-> Es entsteht eine Fertigungshistorie
Verkettung von Fertigungstechnologien
o Zur Ermittlung einer geeigneten Technologiekette müssen die Relationen zwischen den Technologien systematisch ermittelt werden.
o Hierzu werden die Technologien mit Hilfe einer Matrix durch Vorgänger- bzw. Nachfolgerrelationen verknüpft.
o Es ergeben sich Sequenzbeziehungen, die eine Generierung produktionstechnisch sinnvoller Technologieketten ermöglicht.
Inkubator Technologiekette - Fokus
Vollständige datenbasierte Bewertung und Optimierung der Zielgrößen Wirtschaftlichkeit, ökologische Nachhaltigkeit und Qualität entlang einer Fertigungsprozesskette
Inkubator Technologiekette - Entwicklung in übergeordneten Themenfeldern
- Datengetriebene Optimierung
- Ökologische Nachhaltigkeit
- Digitaler Zwilling
Inkubator Technologiekette - Datengetriebene Optimierung (2)
Entwicklung von Methoden zur Optimierung von Prozessfolgen durch Nutzung von Fertigungsdaten
Umgang mit umfangreichen, heterogenen Datensätzen
Inkubator Technologiekette - Ökologische Nachhaltigkeit (3)
Ökologische Fertigungsbewertung
LCA-Prognosemodelle
Verknüpfung mit weiteren Themen der Nachhaltigkeit, bspw. Circular Economy
Digitaler Zwilling (4)
Entwlickung einer bzw. Anbindung an eine digital Infrastruktur
Forschungsdatenmanagement
Konzepte zur digitalen Vernetzung
Proof of Concept
Verkettung von Fertigungstechnologien - Relations-Matrix
- Verknüpft Technologien durch Vorgänger- bzw. Nachfogerrelationen
- Es ergeben sich Sequenzbeziehungen, die eine
Generierung produktionstechnisch sinnvoller
Technologieketten ermöglicht.
Ergebnisse der Grobplanung (2)
- Funktionsgerechte Auswahl alternativer Fertigungstechnologien (produktionsmittelunabhängig, ohne Berücksichtigung der unternehmensspezifischen Randbedingungen)
- Die ausgewählten Technologien wurden zu alternativen
Technologieketten kombiniert.
Aktuelle Defizite in der Betrachtung von Prozessketten (3)
- Fehlende Datendurchgängigkeit und Vernetzung, heterogene Daten
- Datenbasierte ökonomische und ökologische Bewertung von Bauteilen entlang der gesamten Prozesskette
- Korrelationsanalysen innerhalb der Prozesskette und über den Lebenszyklus
Einsatzstahl
- Unlegierte Buastähle, Qualitäts- und Edelstähle sowie legierte Edelstähle
- Kohlenstoffgehalt überschreitet die 0,2% Grenze nicht wesentlich
- Fast ausschließlich spanabhebend bearbeitet
- Verschleißangriff auf das Werkzeug gering
- Eignen sich für Anwendung mit hoher dynamischer Beanspruchung (harte Oberfläche, zäher Kern)
Einsatzhärten - 2 Prozessschritte
Austenitisieren und Aufholen
Anreichern der Oberfläche mit Kohlenstoff
Abeschrecken
Martensitisieren
–> Batchprozess (Mehrere Fertigungsschritte hintereinander) –> Verlängerte DLZ
Aufkohlen
– Heranbringen des Aufkohlungsmittels an die Werkstückoberfläche
– Kohlenstoff wird von der Oberfläche adsorbiert und im Gitter gelöst
– Kohlenstoffatome wandern im Eisen, bevorzugt an Korngrenzen, in das Werkstückinnere
Randschichthärten
Gefügeumwandelndes Wärmebehandlungsverfahren
Die chemische Zusammensetzung des zu härtenden Werkstoffes wird dabei nicht verändert
Randschichthärteverfahren (3)
- Flammhärten
- Induktionshärten
- Laserhärten
->Nicht möglich für Einsatzstahl!
-> Möglich für Vergütungsstahl, Wälzlagerstahl
Technologiealternativen zur Fertigung der Grundform einer Tellerfeder (5)
- Laserstrahlschneiden
- Feinschneiden
- Stanzen
- Plasmaschneiden
- Wasserstrahlschneiden
Technologiealternativen zur Bearbeitung der Kantenradien
- Drehen
- Gleitschleifen
- Schleifen
Technologiealternativen für die Biegung
- Kaltumformung
- Warmumformung
Technologiealternativen für die Wärmebehandlung
- Härten & Anlassen (Marterst)
- Zwischenstufenvergüten (Beint)
Technologiealternativen für oberflächennahe Druckeigenspannung (4)
- Festwalzen
- Wasserstrahlen
- Kugelstrahlen
- Laserschockverfestigen
Kugelstrahlen
- Durch das Kugelstrahlen werden hohe lokale Druckeigenspannungen in der Bauteilrandzone nahe der Oberfläche erzeugt
- Oberflächenrauheit ist im Gegensatz zum Festwalzen und Laserschockverfestigen nach dem Kugelstrahlen höher
- Wesentliche Einflussfaktoren auf die Oberflächenrauheit:
-> Werkstückhärte
-> Strahlgutdurchmesser
-> Strahldruck
Laserschockverfestigung
- Durch explosionsartige Verdampfung des Wassers oder durch Umwandlung der Oberfläche in Plasma hoher Temperatur entsteht eine Druckwelle
- Durch die Druckwelle werden Versetzungswanderungen ausgelöst, die uniaxiale Dehnungen erzeugen
- Diese Dehnungen erzeugen Druckeigenspannungen und Kaltverfestigung in der Bauteilrandzone
Festwalzen
Erzeugt hohe und tiefreichende Druckeigenspannungen in der Bauteilrandzone
