10. Abtragen (+Sonderverfahren) Flashcards by Olaf K

Abtragen gehört welcher Hauptgruppe an?

Trennen

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Abtragen kann nach DIN 8590 unterteilt werden in: ?? (3)

thermisches Abtragen

chemisches Abtragen

elekrotchemisches Abtragen

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Nach DIN ?(1)? ist ?(2)? fertigen durch Abtrennen von Stoffteilchen von einem festen Körper ohne mechanische Einwirkung.

(1) 8590

(2) Abtragen

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Abtragende Verfahren nutzen thermische, chemische oder elektrochemische Prozesse zur Formgebung. Sie sind von den mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe ?(1)?.

So sind für das Spanen nur schwer oder gar nicht bearbeitbare Stoffe eingeführt worden wie z.B. hochvergütete Werkzeugstähle, Nickelbasislegierungen oder hochharte Werkstoffe wie Diamant oder kubisches Bornitrid.

Abtragende Verfahren werden ferner auch für die Bearbeitung komplexer, schwer zugänglicher oder sehr kleiner Flächen und Konturen eingesetzt wie im Bereich der ?(2)?.

Ergänzend hierzu werden die beiden Sonderverfahren Wasserstrahlschneiden und Strahlen mit festem Kohlenstoff behandelt.

(1) unabhängig

(2) Mikrotechnologie

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Wasserstrahlschneiden ist der Hauptgruppe ?(1)? und hier der Untergruppe ?(2)? zugeordnet.

(1) Trennen

(2) Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide

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Strahlen mit festem Kohlenstoff findet sich in der Untergruppe ?(1)? der Hauptgruppe ?(2)? wieder.

(1) Reinigen

(2) Trennen

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Der thermische Abtragprozess ist durch das Abtrennen von Werkstoffteilchen im ?(1)?, ?(2)? oder ?(3)? Zustand unter ?(4)? bestimmt.

(1) festen
(2) flüssigen
(3) gasförmigen
(4) Wärmeeinwirkung

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Das Entfernen der abgetrennten Teilchen wird durch ?(1)? und/oder ?(2)? Kräfte bewirkt.

(1) mechanische

(2) elektromagnetische

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Nach was kann Thermisches Abtrennen zunächst unterteilt werden?

Nach dem Energieträger, durch den die für den Trennvorgang notwendige Wärme von außen zugeführt wird

(Flüssigkeit, Gas, elektrische Gasentladung, Strahl, Bewegung, Strom, festen Körper)

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Thermisches Abtragen

Die industriell wichtigsten Verfahren sind: ?? (2)

das thermische Abtragen mit elektrischen Funken (Funkenerosives Abtragen bzw. EDM)
das Laserabtragen

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Wie wird ein thermisches Abtragverfahren bezeichnet, bei dem die an der Wirkstelle erforderliche Wärme durch eine elektrische Funkenentladung auf das Werkstück übertragen wird?

Electrical Discharge Machining (EDM)

Bzw. Funkenerosives Abtragen

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Electrical Discharge Machining (EDM) - Funkenerosives Abtragen

Definition nach DIN 8590:

Thermisches Abtragverfahren, bei dem die an der Wirkstelle erforderliche Wärme durch eine ?(1)? auf das Werkstück übertragen wird.

(1) elektrische Funkenentladung

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Nenne Eigenschaften der Funkenerosion: ?? (2)

Ist unabhängig von mechanischen Eigenschaften der Werkstückmaterialien (z.B. E-Modul, Härte)

der zu bearbeitende Werkstoff muss eine elektr. Leitfähigkeit von kappa > 0,01 S/cm = 0,01 /Ωcm haben

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Electrical Discharge Machining (EDM) bzw. Funkenerosion ist klassischerweise häufig im ?(1)? insbesondere bei der Bearbeitung harter und gehärteter Werkstoffe anzutreffen.

Allerdings sind heute Verfahren zur Hartbearbeitung mit geometrisch bestimmten Schneiden etabliert. (Bereits die Hartbearbeitung durch Drehen und Fräsen kennengelernt)

Bei der Funkenerosion ist der Vorteil in der deutlich größeren ?(2)? zu sehen.

Interessant sind an dieser Stelle ?(3)? Fertigungskonzepte, bei denen in einer Fertigungszelle mit geometrisch ?(4)? Schneide vorgearbeitet (geschruppt) wird und dann die Werkstoffe automatisiert der EDM-Fertigbearbeitung übergeben werden.

(1) Werkzeugbau
(2) Abtragleistung (!!)
(3) hybride
(4) bestimmter

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Abtragen mit Funkenerosion

Elektrisch leitfähigeWerkstücke und Werkzeuge als Elektroden werden in einem Dielektrikum an einer Spannungsquelle mit pulsförmigen Spannungsverlauf angeschlossen. Werden beide Elektroden bis auf eine sehr kurze Entfernung aneinander angenähert, findet eine Ionisierung des Dielektrikums und eine Funkenentladung statt. Die Funkenentladung hinterlässt an den Elektrodenoberflächen eine Erosion. Es entstehen dabei kleine Krater. Aufgrund der vielen zeitlich aufeinander folgenden und über die gesamte zu bearbeitende Fläche statistisch verteilten Entladung, arbeitet sich das Werkzeug in das Werkstück hinein und gibt diesem die gewünschte Form.

Der Prozess der einer Einzelentladung kann in 4 Phasen unterteilt werden. Nenne diese!

Aufbauphase
Zündphase
Entladephase
Abbruchphase

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Aufbauphase:
Es tritt an der Stelle des geringsten Abstands eine Ionisation des Dielektriums auf.

Zündphase:
Es bildet sich lawinenartig ein Entladekanal. Der Spannungsstrom baut sich auf und fällt auf die physikalisch bedingte Spaltspannung ab.

Entladephase:
Das Plasma wird in dem sich erweiternden Entladekanal aufgeheizt. Durch Einschnürung der Entladung treten Temperaturen von mehreren 1000°C auf. An den Lichtbogenenden (Elektrode und Werkstoff) werden kleine Volumina aufgeschmolzen.

Abbruchphase:
Bei Impulsende verdampft die überhitzte Schmelze explosionsartig. Die Energie je Puls bestimmt die Kratergröße und die Beeinflussung der Randzone am Werkstück.

—> siehe dazu Abbildung auf Folie 7!

…

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Das Dielektrikum hat die Aufgaben: ?? (4)

Als Dielektrikum werden häufig Kohlenwasserstoffe verwendet

Aufgaben:

Isolation von Werkstück und Elektrode
Einschnürung des Entladekanals
Abtransport der Abtragspartikel
Kühlung von Elektrode und Werkstück

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Als Dielektrikum werden häufig ?? verwendet.

Kohlenwasserstoffe

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Abtragen mit Funkenerosion

Nenne Verfahrenseigenschaften: ?? (5)

Verfahrenseigenschaften:
- abbildendes Formgebungsverfahren

Abtrag durch elektrische Entladung
Abtragsprozess in dielektrischer Flüssigkeit
Funkenentladung nach Überschreiten der Durchschlagsfestigkeit des Dielektrikums
Erwärmen von Materialoberflächen über Schmelzpunkt

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Nenne 3 Anwendungsgebiete der Funkenerosion: ??

Kunststoffspritzgußformen (49%)

Prägedruck (10%)
Metallspritzgußformen (10%)

(…)

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Senkerosion (Senkerodieren, Die-Sinking)

Es ist dadurch gekennzeichnet, dass die ?(1)? mithilfe einer ?(2)? im Werkstück eine ?(3)? erzeugt.

(1) Werkzeugelektrode
(2) einachsigen Vorschubbewegung
(3) Negativform

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Senkerosion (Senkerodieren, Die-Sinking)

Typisches Bearbeitungsspektrum: ?? (3)

3D-Formen

Kavitäten

Freiformflächen

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Drahterosion (Drahterodieren, Wire-EDM)

Prinzip:
- ablaufende ?(1)? erzeugt die Form des Werkstücks durch eine ?(2)?

(1) Drahtelektrode

(2) kontinuierliche Bahnbewegung

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Drahterosion (Drahterodieren, Wire-EDM)

Bearbeitungsspektrum: ?? (3)

2D-Formen

Innen- und Außenkonturen

konische Konturen

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Nenne die wichtigsten Verfahrensvarianten der Funkenerosion (Funkenerodieren,EDM): ?? (3)

Senkerosion mit rotierender Stiftelektrode Drahterosion mit rotierender Werkstückelektrode Bahnerosion mit rotierender Stiftelektrode (Im nicht genormten Werkstattchargon werden die Verfahren aufgrund ihrer Kinematiken als Erodierbohren, Erodierdrehen und Erodierfräsen bezeichnet)

Senkerosion mit rotierender Stiftelektrode Anwendung bei der Fertigung von: ?? (3)

Kühlluftbohrungen Bohrungen in Kraftstoff-Einspritzsystemen Textil- und Kunstfaser-Ziehdüsen

Drahterosion mit rotierender Werkstückelektrode Findet Anwendungen bei der: ?? (2)

Profilierung und Schärfung von metallisch gebundenen Diamantschleifscheiben Herstellung von Ventilschiebern und speziellen Nadelsystemen für die Humanmedizin

Bahnerosion mit rotierender Stiftelektrode findet Anwendung bei der Herstellung von?

Kavitäten und Freiformflächen in Spritzgusswerkzeugen

Erzeugte Oberflächentopographie beim funkenerosiven Abtragen: - Einzelentladung erzeugt ?? - durch zeitliche und örtliche Überlagerung einer Vielzahl von ?? entsteht aperiodische flachmuldige Textur —> siehe Folie 12!!!

Entladekrater

Erzeugte Oberflächentopographie beim funkenerosiven Abtragen Oberflächentopographie für Senkerosion und Drahterosion ansehen!! —> Folie 12!!

…

Nenne den wichtigsten Vorteil des Funkenerodierens (EDM)!

Ermöglicht hochgenaue Bearbeitung gehärteter Stähle

Nenne Vorteile des funkenerosiven Abtragens (Funkenerodieren, EDM): ?? (5)

Vorteile: - Bearbeitung unabhängig von Härte und Festigkeit des Werkstückmaterials (ermöglicht hochgenaue Bearbeitung gehärteter Stähle) - hohe geometrische Komplexität - geringe Fertigungstoleranzen (+- 2μm) - Oberflächenrauheit bis Rsuba = 0,05 μm - hoher Automatisierungsgrad durch autonomen Betrieb

Nenne Nachteile des funkenerosiven Abtragens (Funkenerodieren, EDM): ?? (3)

Nachteile: - geringe Abtragrate, deshalb nicht einsetzbar für die Massenproduktion (Ausnahmen, z.B. Fertigung Einspritzdüsen) - thermische Beeinflussung der Bauteilrandzone - Entstehung von Sondermüll

Definition des Lasers (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung) Definition nach DIN 8590: ?(1)?, bei dem die an der Wirkstelle erforderliche ?(2)? durch Energieumsetzung energiereicher ?(3)? am oder im Werkstoff entsteht. Als unmittelbarer Energieträger wird hierbei der ?(4)? verwendet.

(1) Abtragen (2) Wärme (3) Strahlen (4) Laserstrahl

Definition des Lasers Als unmittelbare Energieträger kommen neben Laserstahlen auch Licht-, Elektronen- oder Ionenstrahlen zur Anwendung. Beim Laserstrahlen wird Lichtenergie in einem optischen Resonator erzeugt und durch Absorption in Form von Wärme an den Werkstoff abgegeben. Der Laserstrahl ist hierbei aus parallelen Wellen aus gleicher Wellenlänge und höchster Bündelung durch Blendensysteme aufgebaut. (Nur lesen)

…

Nenne Eigenschaften des Laserstrahls: ?? (4)

Eigenschaften: - monochromatisch - kohärent - hohe Intensität - geringe Divergenz

Laserquellen für die Materialbearbeitung Für den Einsatz des Lasers als Trennwerkzeug oder zum Schweißen werden wegen der erforderlichen hohen Strahlleistung ausschließlich welche Laserquellen eingesetzt? (2)

Gas-Laserquellen Festkörper-Laserquellen

Laserquellen für die Materialbearbeitung Für Strukturierungen und Beschriftungen finden ?(1)? oder ?(2)? mit geringerer ?(3)? Verwendung.

(1) Gasquellen (2) Ioden (3) Leistung

Die zum Lasertrennen von metallischen Werkstoffen benötigten hohen Intensitäten werden durch Fokussierung mithilfe von ?(1)? oder ?(2)? erzielt. Diese Systeme müssen äußerst ?(3)? und ?(4)? sein, um die erforderlichen Genauigkeiten der meisten Laseranwendungen zu realisieren. Der Einsatz im Bereich der ?(5)? oder auch der ?(6)? sind hier sogenannte Treiber.

(1) Linsen (2) Spiegeln (3) genau (4) robust (5) additiven Präzisionsfertigung (6) Mikroproduktion

Abhängig vom eingesetzten Laser können folgende Strahlführungssysteme verwendet werden: ?? (3)

Linearachsen (Spiegel) Rotationsachsen (Spiegel) Lichtwellenleiter

Das Abtragen mit Laserstrahlung kann anhand von was eingeteilt werden?

Anhand der relativen, zunehmenden Abtragtiefe (kleine, mittlere, hohe)

Das Abtragen mit Laserstrahlung kann anhand der relativen, zunehmenden Abtragtiefe eingeteilt werden: 1. kleine Abtragtiefe: Der diskontinuierliche Abtrag führt zu punktförmiger Wirkung und wird zum Beispiel beim ?(1)? verwendet. Der kontinuierliche Abtrag in mehreren Schritten bewirkt die Trennung des Materials in größeren Bereichen, z.B. als ?(2)?. 2. mittlere Abtragtiefe: Der diskontinuierliche Abtrag wird zum Beispiel beim ?(3)? benötigt. Der kontinuierliche Abtrag bewirkt hier die Trennung des Materials in einem Schritt (z.B. beim ?(4)?) 3. hohe Abtragtiefe: Der diskontinuierliche Abtrag führt zur ?(5)? (Bohrungen z.B. für Filterelemente). Der kontinuierliche Abtrag führt zur vollständigen Materialtrennung (z.B. beim ?(6)?)

(1) Beschriften (2) Formbearbeitung (3) Ritzen (4) Furchen (5) Perforation (6) Schneiden

Das Abtragen mit Laserstrahlung kann anhand der relativen, zunehmenden Abtragtiefe eingeteilt werden: 1. kleine Abtragtiefe: Der diskontinuierliche Abtrag führt zu punktförmiger Wirkung und wird zum Beispiel beim Beschriften verwendet. Der kontinuierliche Abtrag in mehreren Schritten bewirkt die Trennung des Materials in größeren Bereichen, z.B. als Formbearbeitung. 2. mittlere Abtragtiefe: Der diskontinuierliche Abtrag wird zum Beispiel beim Ritzen benötigt. Der kontinuierliche Abtrag bewirkt hier die Trennung des Materials in einem Schritt (z.B. beim Furchen) 3. hohe Abtragtiefe: Der diskontinuierliche Abtrag führt zur Perforation (Bohrungen z.B. für Filterelemente). Der kontinuierliche Abtrag führt zur vollständigen Materialtrennung (z.B. beim Schneiden) Hierbei sind 3 Abtragmechanismen zu unterscheiden: ??

Sublimationsabtrag Schmelzabtrag Abtrag von festem Werkstoff

Der Werkstoff wird unter der hohen Energieeinwirkung des Laserstrahls direkt verdampft ohne flüssige Phase. Welcher Abtragmechanismus liegt vor?

Sublimationsabtrag

Schmelzabtrag: Der Werkstoff wird aufgeschmolzen und mithilfe eines Stickstoff- oder Argonstrahls aus der Schmelzzone ausgetrieben. Die Anwendung ist hier das Laserstrahlschmelzschneiden. Welcher Abtragmechanismus liegt vor?

Schmelzabtrag

Der Werkstoff wird bis zur Zündtemperatur erwärmt und mithilfe eines Sauerstoffstrahls verbrannt. Die Anwendung ist hier das Laserstrahlbrennschneiden Welcher Abtragmechanismus liegt vor?

Abtrag von festem Werkstoff

Verfahrenseinteilung des Laserstrahlschneidens Der Werkstoff wird bis zur Zündtemperatur erhitzt und durch Zufuhr von Sauerstoff verbrannt. Anwendung: Trennen von Metallen Wie heißt das Verfahren?

Laserstrahl-Brennschneiden

Verfahrenseinteilung des Laserstrahlschneidens Der Werkstoff wird durch den Laserstrahl aufgeschmolzen und mit Hilfe eines reaktionsträgen Gases aus der Schnittfuge geblasen. Wie heißt das Verfahren?

Laserstrahl-Schmelzschneiden

Verfahrenseinteilung des Laserstrahlschneidens Der Werkstoff wird verdampft und verbrannt und die Schlacke mit Hilfe eines reaktionsträgen Gases aus der Schnittfuge geblasen. So erfolgt ein schichtweiser Abtrag. Wie heißt das Verfahren?

Laserstrahl-Sublimierschneiden

Das Laserstrahl-Sublimierschneiden findet bei welchen Werkstoffen Anwendung? (4)

Holz Papier Keramik Kunststoffe

Das Laserstrahl-Schmelzschneiden findet bei welchen Werkstoffen Anwendung? (2)

Hochlegierte Stähle NE-Metalle

Das Laserstrahl-Brennschneiden findet beim ?(1)? von ?(2)? Anwendung

(1) Trennen | (2) Metallen

Die Materialbearbeitung mit Laserstrahlen ist in vielen Industriezweigen zu einer etablierten Technik herangereift. Neben Schneiden, Schweißen und Beschichten gehören das Beschriften, Perforieren und Ritzen zum Stand der Technik. Der Einsatz im Bereich der ?(1)?, der ?(2)? und der ?(3)? erweitern die Anwendungsfelder zunehmend.

(1) additiven Fertigung (2) Lasermesstechnik (3) Medizintechnik

Nenne min. 3 allg. Vorteile der Laserstrahlverfahren: ?? (7)

Vorteile: - Bearbeitung unabhängig von Härte und Festigkeit - kein Verschleiß, weil kein Werkzeug - unabhängig von der Geometrie - hohe Maß- und Formgenauigkeit - keine Vorrichtungen, weil keine Prozesskräfte - filigrane Strukturen mit hohen Geschwindigkeiten - grafters und geringe Rauheiten

Nenne min. 3 allg. Nachteile der Laserstrahlverfahren: ?? (5)

Nachteile: - geringer energetischer Wirkungsgrad - hohe Investitionskosten - giftige und krebserregende Verbrennungs- und Pyrolyseprodukte - thermisch induzierte Spannungen - keine Hinterschneidungen möglich

Chemisches Abtragen kann unterteilt werden in: ?? (3)

Ätzabtragen Thermisch-chemisches Entgraten Chemisch-thermisches Abtragen

Abtragen durch chemische Reaktion, meist mit Sauerstoff, bei dem die Werkstoffteilchen überwiegend abgebrannt werden und dann durch mechanische und/oder elektromagnetische Kräfte entfernt werden. Welche Untergruppe des chemischen Abtragens liegt vor?

Chemisch-thermisches Abtragen

Chemisches Abtrag- verfahren, bei dem Grate an metallischen und nicht- metallischen Werkstoffen in einer sauerstoffreichen Atmosphäre abgebrannt werden. Welche Untergruppe des chemischen Abtragens liegt vor?

Thermisch-chemisches Entgraten

Abtragen durch direkte chemische Reaktion eines elektrisch nicht leitenden Werkstoffes mit einem flüssigen Wirkmedium. Welche Untergruppe des chemischen Abtragens liegt vor?

Ätzabtragen

Chemisches Abtragen (Untergruppe des Abtragens) Das Wirkprinzip bewirkt auf der chemischen Reaktion des Werkstoffs mit einem Wirkmedium zu einer Verbindung, die flüchtig ist oder sich leicht entfernen lässt. Die Stoffumsetzung kommt durch die direkte chemische Reaktion zustande. Auf der Grundlage dieses Wirkprinzips unterscheidet man: ?? (3)

Ätzabtragen Thermisch-chemisches Entgraten Chemisch-thermisches Abtragen

Thermisch chemisches Entgraten Es setzt sich aus einer ?(1)? (Aufheizen des Werkstoffs) und einer ?(2)? (Verbrennung des Werkstoffs) Komponente zusammen. Hierbei werden metallische oder nicht metallische Werkstoffe mit einem ?(3)? unter eine glockenförmige ?(4)? eingebracht. In die Kammer werden ?(5)? und ?(6)? (hier Wasserstoff) dosiert zugeführt und gezündet. Während des Abbrennens des Gemisches entstehen kurzzeitig Temperaturen von bis zu ?(7)?°C. Teile des Werkstoffes mit großer Oberfläche und kleinem Volumen werden ?(8)?. Die Grate müssen dünner als dünnste ?(9)? sein. Nach dem Entgraten sind die Werkstücke etwa ?(10)?°C warm. —> Folie 24 ansehen!

(1) thermischen (2) chemischen (3) Schließteller (4) Brennkammer (5) Sauerstoff (6) Brenngas (7) 3500 (8) verbrannt (9) Werkstückbereiche (10) 100-150

Chemisches Abtragen - thermisch chemisches Entgraten Nenne mind. 3Einflussgrößen: ?? (8)

Einflussgrößen: - Gratgröße - Eckenwinkel - Zündtemperatur - Verhältnis von Gratvolumen zu Oberfläche - Schmelztemperatur - Wärmeleitfähigkeit - Gasfülldruck - Mischungsverhältnis

Elektrochemisches Abtragen beruht auf der Reaktion von ?(1)? Werkstoffen mit einem ?(2)? leitenden Wirkmedium unter der Einwirkung elektrischen ?(3)? zu einer Verbindung. Diese ist im Wirkmedium löslich oder fällt aus. Der Stromfluss wird hierbei durch eine äußere Spannungsquelle initiiert. Vereinfacht ausgedruckt: Ein elektrisch leitender Werkstoff wird bei vorhanden sein einer ?(4)? in einer Elektrolytlösung anodisch aufgelöst.

(1) metallischen (2) elektrisch (3) Stroms (4) Potentialdifferenz

Welche Verfahren elektrochemischen Abtragens können unterteilt werden? (3)

Elektrochemisches Formabtragen Elektrochemisches Oberflächenabtragen Elektrochemisches Ätzen (Metallätzen)

Abbildendes elektro- chemisches Abtragen unter Verwendung einer äußeren Stromquelle bei hoher Wirk- stromdichte, hervorgerufen durch kleinen Abstand der formgebenden Werkzeug- elektrode vom Werkstück und hohe Strömungs- geschwindigkeit der Elektrolytlösung. Welche Untergruppe des elektrochemischen Abtragens liegt vor?

Elektrochemisches Formabtragen

Elektrochem. Abtragen von Oberflächenschichten beliebiger Ausdehnung unter Verwendung einer äußeren Stromquelle bei niedriger Wirkstromdichte mit großen Abständen der Elektroden vom Werkstück und unter Anwendung werkstoff- spezifischer Elektrolyte in Einrichtungen, die galvano- technischen Bad-Anlagen entsprechen. Welche Untergruppe des elektrochemischen Abtragens liegt vor?

Elektrochemisches Oberflächenabtragen

Abtragen durch Einwirkung einer elektrolytischen Ätzlösung ohne äußere Stromquelle und mit örtlicher Elementbildung. Welche Untergruppe des elektrochemischen Abtragens liegt vor?

Elektrochemisches Ätzen (Metallätzen)

Elektrochemisches Abtragen - Wirkprinzip Anodische Metallauflösung: In einem wässrigen, elektrisch leitenden Medium (NaCl, NaNO3) wird zwischen dem abzutragenden metallischen Werkstoff (Anode) und einer metallischen Kathode eine Gleichspannung angelegt. An der Anode geht das Metall unter Abgabe von Elektronen als Metallionen in die Elektrolytlösung über. (Siehe Folie 28) (Nur lesen)

(…)

Elektrochemisches Abtragen - Elektrochemisches Formabtragen Die Verfahrenskinematik ähnelt dem Erodieren, jedoch ist hier keine thermische, sondern eine ?(1)? Wirkweise vorhanden. Ursprünglich diente das Verfahren dem ?(2)?. Eine an das Werkzeug angepasste Werkzeugelektrode trägt hierbei den ?(3)? am Werkstück aufgrund der dort vorhandenen maximalen ?(4)? bevorzugt ab. —> siehe Folie 29

(1) chemische (2) Entgraten (3) Grat (4) Stromdichte

Elektrochemisches Abtragen - elektrochemisches Formabtragen Es wird auch zur Herstellung hochgenauer Formen benutzt. Anwachsen heißt hier, dass die Turbinenschaufeln aus dem vollen Material heraus generiert werden. —> Folie 30

…

Wasserstrahlschneiden (WSS) gehört zu der Hauptgruppe ?(1)? und hier zu den Verfahren mit geometrisch ?(2)? Schneide und der Untergruppe ?(3)?. Gleichzeitig kann Wasserstrahlschneiden (WSS) auch in die Hauptgruppe ?(4)? eingeteilt werden. Hierzu ist die klassische Definition vom Abtragen um ?(5)? Wirkprinzipien zu erweitern. Die Umwandlung von kinetischer Energie in Verformungsenergie und Trennarbeit.

(1) Trennen (2) unbestimmter (3) Strahlspanen (4) Abtragen (5) mechanische

Wasserstrahlschneiden (WSS) Eine umfangreiche Klassifizierung des Verfahrens leistet die DIN ??

8200

Nach der DIN 8200 ist „Strahlen“ als ein Fertigungsverfahren definiert, bei dem ?(1)? in ?(2)? unterschiedlicher Strahlsysteme ?(3)? und zum ?(4)? auf die zu bearbeitende Oberfläche eines ?(5)? gebracht werden.

(1) Strahlmittel (Werkzeuge) (2) Strahlgeräten (3) beschleunigt (4) Aufprall (5) Strahlgutes (Werkstücke)

Die Einteilung des Strahlens nach DIN 8200 erfolgt nach: ?? (3)

- dem Strahlzweck (Umformen, Trennen und Stoffeigenschaften ändern) - dem Strahlsystem (Durckluft-, Nassdruckluft-, Schlämm-, Druckflüssigkeits-, Dampf- und Schleuderstrahlen) - der Strahlmittelart (flüssig, also reines Wasser oder flüssig/fest, also Wasser mit Abrasiv) —> siehe Folie 33

Druckflussigkeitsstrahlen kann Unterteilt werden nach der Strahlmittelart in: ?? (2)

- Wasserstrahlschneiden (flüssig) | - Wasserabrasivstrahlschneiden (flüssig/fest)

Wasserabrasivstrahlschneiden 1) Was für ein Verfahren ist es? 2) Welches Arbeitsmedium wird verwendet? 3) Wie hoch ist der Arbeitsdruck?

1) spanendes bzw. spanabhebendes Verfahren 2) Arbeitsmedium: Wasser (mit Abrasivmittel) 3) bis 600 MPa

Wasserabrasivstrahlschneiden 1) die Strahlerzeugung basiert auf was? 2) Wie groß ist der Strahldurchmesser?

1) der Umwandlung potentieller Druckenergie in kinetische Energie mittels einer Düse 2) < 1,0 mm

Wasserabrasivstrahlschneiden 1) Das Hinzufügen eines Abrasivmittels verursacht was? 2) Es ähnelt damit was für einem Prozess?

2) Eine Mikrozerspanung entlang der Schnittfront (d. h. eine im Mikrometerbereich stattfindende Oberflächenzerrüttung) 2) Schleifprozess

Wasserabrasivstrahlschneiden Schnittqualität und Schneidleistung werden maßgeblich bestimmt von was? (3)

Art, Korngröße und Menge des Abrasivmittels

Wasserabrasivstrahlschneiden Es kommt zu keiner thermischen Einwirkung auf das zu bearbeitende Material. Warum?

Aufgrund ständiger Kühlung des Wassers („kalter Schnitt“)

Wasserabrasivstrahlschneiden ist nahezu prozesskräftefrei. Wahr/Falsch?

Wahr

Wasserabrasivstrahlschneiden Es ist ein kaltes Verfahren ohne thermische Werkstückbeeinflussung und ein hochdynamischer, fast prozesskräftefreier Trennvorgang liegt vor. Diese Kriterien ermöglichen die Bearbeitung welcher Werkstoffe?

Sprödharte Werkstoffe wie Keramiken (ohne BRUCHGEFAHR!)

Schematische Darstellung einer Wasserstrahlanlage | —> Folie 35

…

Grundsätzlich können welche Varianten des Wasserstrahlschneidens unterteilt werden: ?? (2)

Reinwasserstrahlen (100% Wasser) Wasserabrasivstrahlen (max. 8% Abrasivanteil)

Das Wasserabrasivstrahlen kann noch nach der Art der Beimengung unterschieden werden in: ?? (2)

Wasserabrasivinjektorstrahlen (90% Luft, 6% Wasser, 4% Abrasiv) Wasserabrasivsuspensionsstrahl (ca. 92% Wasser, ca. 8% Abrasiv)

Welche Aufgabe haben Strahldüsen?

Umwandlung potentieller Energie in kinetische Energie

Strahldüsen unterliegen einem extremen Verschleiß, warum?

Wegen des direkten Kontakts mit dem Strahlmittel

Die Form der Strahldüse beeinflusst die ??. Darum gibt es hier ein hohes Forschungs- und Entwicklungspotential.

Strahleigenschaften

Was ist beim Abrasivmittel prozessbestimend? (2)

Härte und Größe

Beim Abrasivmittel gilt allgemein: Je härter und zäher das Korn, desto?

Höher die Abtragsleistung

Beim Abrasivmittel gilt allgemein: Je gröber das Korn, desto?

Höher die Schneidleistung

Beim Abrasivmittel gilt allgemein: Je feiner das Korn, desto?

Besser die Schnittqualität

Abrasivmittel Je härter und zäher das Korn, desto höher die Schneidleistung. Wahr/Falsch?

Falsch Je härter und zäher das Korn, desto HÖHER DIE ABTRAGSLEISTUNG

Nenne Arten von Abrasivmitteln: ?? (3)

Granatsand Olivin Korund

Nenne mind. 4 Vorteile des Wasserstrahlschneiden/Wasserabrasivstrahlschneiden: ?? (11)

Vorteile: - „Kaltes“ Verfahren, darum kein Wärmeeinfluss auf das Bauteil - Bearbeitung eines breiten Materialspektrums mit nur einem Werkzeug - kontinuierlicher Späneabtransport - verschleißfreies immer scharfes Werkzeug - schmale Schnittfugen ermöglichen scharfkantige Konturen und effiziente Werkstoffausnutzung - Hohe Flexibilität durch gleichzeitiges Bearbeiten von mehreren Bauteilen auf einer Anlage - gute, gleichbleibend hohe Schnittqualität, sehr gute Schnittkantenqualität - Beliebige Schneidrichtung sowie Start- und Endpunkte wählbar - Kein Kontakt zwischen Schneidkopf und Werkstückoberfläche - Einfach gestaltete Werkstückaufnahmen sind ausreichend - Niedrige Bearbeitungskräfte, dadurch Einsatz leichter Strahlführungsgeräte möglich

Nenne mind. 3 Nachteile des Wasserstrahlschneiden/Wasserabrasivstrahlschneiden: ?? (4)

- hoher (Strahl-)düsenverschleiß - hohe Abrasivmittel- und Reinigungskosten - schwierige Integration in die Fertigung aufgrund von Lärm und Dunstemissionen - mit zunehmender Schneidtiefe und -geschwindigkeit verschlechternde Schnittflächenqualität

Anwendungsgebiete der Wasserstrahltechnologie in extrem vielen Branchen. Erwähnenswert ist der Einsatz in der Lebensmittelindustrie, warum?

Da eine Vielzahl der tiefgefrorenen Produkte mithilfe von reinen Wasserstrahlanlagen verarbeitet werden. (Mehr Anwendungsgebiete: Folie 41)

Das Sonderverfahren „Strahlen mit festem Kohlendioxid“ wird der Hauptgruppe ?(2)? zugeordnet. Es gehört der Untergruppe ?(2)? der Gruppe ?(1)? An.

(1) Trennen (2) Reinigungsstrahlen (3) Reinigen

?? ist das Entfernen unerwünschter Stoffe (Verunreinigungen) von der Oberfläche von Werkstücken bis zu einem erforderlichen, vereinbarten oder möglichen Grad.

Reinigen

?? ist Reinigungsstrahlen, wobei das Strahlmittel durch einen mit hoher Geschwindigkeit austretenden Luftstrom beschleunigt wird.

Druckluft-Reinigungsstrahlen

Reinigungsstrahlen kann nach DIN ?? weiter unterteilt werden in: ?? (6)

DIN 8592 Unterteilt in: - Druckluft-Reinigungsstrahlen - Nassdruckluft-Reinigungsstrahlen - Schlämm-Reinigungsstrahlen - Druckflüssigkeits-Reinigungsstrahlen - Dampfstrahlen - Schleuder-Reinigungsstrahlen

Reinigungsstrahlen Als Strahlmittel werden neben festem Kohlendioxid auch welche Stoffe verwendet? (3)

Glasperlen Granatsand Kohlenstoffpartikel

Neben dem Reinigungsstrahlen hat sich vor allem das ?? etabliert. Die dabei eingebrachten Oberflächendruckeigenspannungen dienen zur Erhöhung der Lebensdauer von Getriebeteilen, Antriebs- und Kurbelwellen, Federn, Turbinenschaufeln oder Turbinenelementen,…

Verfestigungsstrahlen

Strahlen mit festem Kohlendioxid: Stoffeigenschaften CO2 Festes Kohlendioxid wird entweder in Form von ?(1)? oder als gepresste ?(2)? verwendet. Man findet in der Literatur auch den Begriff ?(3)?. Trockeneis gewinnt man, indem unter Druck verflüssigtes Kohlendioxid entspannt wird. Ein Teil des Kohlendioxids verdampft und entzieht dabei dem Rest des Kohlendioxids die für die Verdampfung erforderliche Wärme. Der Rest kühlt also ab und es entsteht dabei sog. gefrorener ?(4)?. Dieser wird dann je nach Anwendung in die gewünschte Form gepresst. In der Anwendung werden Schnee oder Pallets mit Hilfe von ?(5)? auf die zu strahlende Oberfläche geschleudert. Durch die schlagartige Erwärmung sublimiert der feste Kohlenstoff direkt in den gasförmigen Zustand. Kohlendioxid ist geruchlos, verdräng die Luft und ist somit gefährlich. Kohlendioxid ist auch nicht brennbar, weshalb es z.B. in Feuerlöschern verwendet wird. (…)

(1) Schnee (2) Pallets (3) Trockeneis (4) Kohlensäureschnee (5) Druckluft

Nenne Stoffeigenschaften von Kohlendioxid (CO2): ?? (6)

Stoffeigenschaften: - geruchlos - farblos - nicht brennbar - elektrisch nicht leitend - inert - ungiftig, aber verdrängt Sauerstoff und reizt das Atemzentrum

Strahlen mit festem Kohlendioxid Nenne die Effekte auf denen der Wirkmechanismen/Reinigungsmechanismus beruht: ?? (3)

Mechanischer Effekt Thermischer Effekt Sublimationseffekt

Strahlen mit festem Kohlendioxid: Effekte auf denen der Wirkmechanismen/Reinigungsmechanismus beruht: mechanischer Effekt: Die ?(1)? Energie bewirkt eine ?(2)? in der Oberfläche der ?(3)? thermischer Effekt: Die schockartige ?(4)? führt zu thermischen ?(5)? zwischen der Beschichtung/Verunreinigung und dem ?(6)?. Es erfolgt eine ?(7)? und eine ?(8)? der Beschichtung/Verunreinigung. Sublimationseffekt: ?(9)? dringt in die versprödete Schmutzschicht ein und geht in den ?(10)? Zustand über. Durch die ?(11)? wird die Schmutzschicht ?(12)?. Siehe Folie 46!!

(1) kinetische (2) Rissbildung (3) Schmutzschicht/Beschichtung (4) Abkühlung (5) Spannungen (6) Basiswerkstoff (7) Versprödung (8) Haftminderung (9) Kohlendioxid (10) gasförmigen (11) Volumenvergrößerung (12) abgesprengt

Strahlen mit festen Kohlendioxid Nenne mind. 4 Einflussparameter!

Einflussparameter: - Massenstrom Strahlmittel msubp - Strahldruck p - Volumenstrom Druckluft - Partikelgeschwindigkeit vsubp - Vorschubgeschwindigkeit vsubf - Arbeitsabstand a - Strahlauftreffwinkel beta - Verunreinigungsdicke b - Düsenaustrittsdurchmesser dsubD - Freistrahldurchmesser dsubFS - Partikeldurchmesser dsubP - Strahlguttemperatur TsubS

Strahlen mit festem Kohlendioxid Wie berechnet man die kinetische Energie?

Berechnung kinetische Energie: Esubkin = 0,5 * m * vsubp^2 m: Masse vsubp: Partikelgeschwindigkeit

Strahlen mit festem Kohlendioxid Nenne mind. 3 Vorteile!

Vorteile: - kein Einsatz von Chemikalien - Werkstoff-/Verunreinigungsvielfalt - Reinigen ohne Demontage des Strahlgutes - keine Strahlmittelrückstände (also keine Entsorgungskosten des Strahlmittels) - geringes abrasives (geringe Härte) und geringes korrosives (trockener Phasenübergang) Verhalten - nahezu unbegrenzte Lagerfähigkeit des flüssigen CO2 (CO2-Schneestrahlen) - gut automatisierbar (CO2-Schneestrahlen)

Strahlen mit festem Kohlendioxid Nenne mind. 3 Nachteile!

Nachteile: - hohe Kosten für Trockeneispellets und Druckluft - hohe CO2-Konzentration in begrenzten Bereichen - Schallpegel von 100 bis 130dB - begrenzte Lagerfähigkeit der Trockeneispallets (Trockeneisstrahlen) - schlecht automatisierbar (Trockeneisstrahlen)

Trockeneisstrahlen ist ein in nahezu allen Bereichen etabliertes Verfahren. Es wird hierbei automatisiert, aber auch manuell eingesetzt. Forschungsaufgaben bestehen in der Düsenoptimierung, um die Lärmentwicklung zu minimieren und die Strahlparameter zu optimieren. —> siehe Folie 49!

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Strahlen mit festem CO2 kann grundsätzlich unterteilt werden in: ?? (2)

Trockeneisstrahlen CO2-Schneestrahlen