Ü. Mikroproduktionstechnik(+Mikrofunkenerosion) Flashcards
Funkenerosion (EDM - Electrical Discharge Machining) (DIN ?(1)?)
?(2)?, bei dem die an der Wirkstelle erforderliche Wärme durch eine ?(3)? auf das Werkstück übertragen wird.
(1) DIN 8590
(2) Thermisches Abtragverfahren
(3) elektrische Funkenentladung
Thermisches Abtragverfahren , bei dem die an der Wirkstelle erforderliche Wärme durch eine elektrische Funkenentladung auf das Werkstück übertragen wird.
Welches Verfahren?
Funkenerosion (EDM - Electrical Discharge Machining) (DIN 8590)
Abtragen (DIN 8590): Fertigen durch Abtragen von Stoffteilchen ohne ?(1)? Einwirkung.
(1) mechanische
Abtragende Fertigungsverfahren sind unabhängig von ?(1)? Eigenschaften der ?(2)?
(1) mechanischen
2) Werkstückmaterialien (E-Modul, Härte
Funkenerosion - Eigenschaften:
- ?(1)? Formgebungsverfahren
- Abtrag durch ?(2)?
- Abtragprozess in ?(3)?
- ?(4)? nach Überschreiten der ?(5)?
- Erwärmung von ?(6)? über Schmelztemperatur / Verdampfungstemperatur
- Entfernung von ?(7)? Material durch ?(8)? Kräfte
–> ?(9)? in Oberflächen beider Elektroden
(1) abbildendes
(2) elektrische Entladung
(3) dielektrischer Flüssigkeit
(4) Funkenentladung
(5) Durchschlagsfestigkeit
(6) Materialoberflächen
(7) aufgeschmolzenem
(8) hydromechanische
(9) kraterförmige Vertiefung
Nenne die Phasen der elektrischen Funkenentladung! (4)
1) Aufbauphase
2) Zündphase
3) Entladephase
4) Abbruchphase
Vergleich von Generatortypen in modernen EDM-Maschinen,
Nenne die zwei Generatortypen!
statischer Impulsgenerator
Relaxationsgenerator
Vergleich von Generatortypen in modernen EDM-Maschinen
–> FOLIE 8 ansehen!!!
!!!
Nenne mind. 2 Verfahrensvarianten der Funkenerosion! (6)
Verfahrensvarianten: - Drahterosion - Senkerosion \_\_ - funkenerosives Schleifen - funkenerosives Fräsen - funkenerosives Bohren - drahterosives Schleifen
Funkenerosion (Senkerosion und Drahterosion) - Entstehung der Oberflächentopographie
1) Einzelentladung erzeugt was?
2) Durch was entsteht eine aperiodische flachmuldige Textur?
1) Entladekrater
2) durch zeitliche und örtliche Überlagerung einer Vielzahl von Entladekratern
Unterscheide die beiden Abbildungen der Oberfläche von Senkerosion und Drahterosion (siehe Folie 10!!!)
…
1) Nenne entstehende Oberflächeneigenschaften (Fehler) durch die Funkenerosion bzw. den chemischen Einfluss auf die Oberfläche!
2) Entfernung dieser Fehler möglich durch?
3) Was kann die Entfernung bewirken?
1) Eigenspannungen, Mikrorisse und Änderungen in der Mikrostruktur
2) mechanische und chemische Maßnahmen
3) Verbesserung der Eigenschaften und Oberflächenqualität
Oberflächenaufnahme nach Grobbearbeitung, Fertigbearbeitung und polieren
–> siehe Folie 12!!
!
Spaltkonditionen
Auftritt der elektrischen Entladung definiert durch? (3)
Oberflächenbeschaffenheit
Abtragpartikel
dielektrische Flüssigkeit
andere Effekte (wie Spülmethode, Skin Effect)
Wichtige Eigenschaften für die Werkzeugelektrode: ?? (3)
hohe elektrische Leitfähigkeit
hohe Wärmeleitfähigkeit und hoher Schmelzpunkt
hohe Abtragraten
Einteilung der Materialien
Senkerosion: Graphit, Kupfer, Wolfram-Kupfer, Wolfram, Hartmetall
Drahterosion: Messing, Zink beschichteter Draht
…
Nenne 3 Herstellungsmöglichkeiten für Werkzeugwerkstoffe!
Fräsen (3D-Formen)
Drahterosion (2D-Formen)
LIGA-Technik
Trockenfunkenerosion
Flüssiges Dielektrikum wird durch ?? ersetzt
Gas
Trockenfunkenerosion
Flüssiges Dielektrikum wird durch Gas ersetzt, Folgen: ?? (2)
Reduzierung der dynamischen Viskosität
Erhöhung der Strömungsgeschw. im Arbeitsspalt:
- Verbesserung der Spülbedingungen
- Unabhängigkeit vom Dielektrikumsbecken
- Bearbeitung in vorher nicht realisierbaren Positionen
- anknüpfende Reinigung des Werkstücks hinfällig
Materialspektrum bei Funkenerosion
Bearbeitbare Werkstoffe müssen elektrisch leitfähig sein (kappa > 0,01 S/cm)
Wahr/Falsch
Wahr
Der Abtragprozess bei der Funkenerosion ist abhängig von den mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe.
Wahr/Falsch?
FALSCH
- -> unabhängig
- -> entscheidend sind thermische und elektrische Eigenschaften
Materialspektrum bei Funkenerosion
Der Abtragprozess ist abhängig von welchen Eigenschaften? (2)
thermischen und elektrischen Eigenschaften
Nenne eine Verwendungsmöglichkeiten der Funkenerosion!
Abtrennen von 3D-gedruckten Bauteilen
Rest Folie 21
Nenne Vorteile der Funkenerosion! (5)
Vorteile:
- hohe geometrische Komplexität erreichbar
- nahezu prozesskräftefrei, dadurch einsetzbar für Mikrobearbeitung
- Bearbeitungsprozess ist unabh. von Härte und Festigkeit des Werkstückmaterials
- -> Bearbeitung harter Werkzeugmaterialien möglich!!
- geringe Fertigungstoleranzen (…)
- hoher Automatisierungsgrad durch autonomen Betrieb
Nenne Nachteile der Funkenerosion! (4)
Nachteile:
- geringe Abtragrate, deshalb meist nicht einsetzbar für die Massenfertigung
- thermische Beeinflussung der Bauteilrandzone
- problematische Abfallentsorgung
- Werkstück muss elektrisch leitfähig sein
Mikroproduktionstechnik ist definiert als die Produktion von ?(1)?, die mindestens eine ?(2)? oder mindestens ein ?(3)? im ?(4)? aufweisen
(1) Gütern
(2) kritische Abmessung
(3) funktionales Merkmal
(4) einstelligen Mikrometer-Bereich
Fertigungsverfahren in der Mikroproduktionstechnik
–> siehe Übersicht auf Folie 27(3)
…
Technologievergleich Hoch- und Ultrapräzisionsbearbeitung
–> siehe FOLIE 28(4)!!
!!
HP-Fräsen (Mikrofräsbearbeitung)
Formeinsätze für den Mikro-Kunststoffspritzguss, Prägwerkzeuge, Stanzwerkzeuge, Formelektrode
Stahl bis 62 HRC, WCu, Graphit, Kupfer, Titan, Messing, Aluminium, diverse Kunststoffe
Erreichbare Fertigungstoleranzen: >= 2 mikrometer
minimale Konturabmessung: >= 20 mikrometer
Oberflächenrauheit: Ra >= 0,05 mikrometer
Prozessüberwachung notwendig
(Nur lesen)
…
Nenne Anwendungsfelder des Hochpräzisionsfräsens (HP-Fräsen)! (4)
Werkzeug- und Formenbau (Mikrostrukturierung an großen Bauteilen)
Feinwerktechnik (direkte Produktherstellung)
schwer zerspanbare Werkstoffe (Bearbeitung keramischer Werkstoffe)
Medizin- und Biotechnische Produkte (hohe Anforderung an Präzision)
HP-Zerspanung
Nenne ein paar Einflüsse auf das Prozessergebnis!
Formgenauigkeit
Rauheit
Werkzeug
Prozesskräfte
Kosten
Zeit
Werkzeugmaschine
Umgebung
Technologie
Prozesskontrolle
HP-Zerspanung - Maschinentechnik
Nenne Maschinenkomponenten! (5)
Maschinengestell
Antriebe
Steuerung
Lager
Spindeln
HP-Zerspanung - Maschinengestell
Maschinengestell ist meist aus Granit oder Reaktionsharzbeton
hohe ?(1)? und günstiges ?(2)? Verhalten (notwendig)
(1) Werkstoffdämpfung
(2) thermisches
HP-Zerspanung - Maschinengestell - Steuerung
Positionierungsgenauigkeit : Zusammenspiel von was? (3)
Führung, Antrieb und Messsystem
HP-Zerspanung - Maschinengestell - Steuerung
Arbeitsgenauigkeit: ?(1)? Präzision, Kompensation ?(2)? in der Steuerung
(1) mechanische
(2) systematischer Fehler
HP-Zerspanung - Maschinengestell - Lager
Welche Lagerung weist eine hohe Steifigkeit und geringe Reibung auf?
Hydrostatische Lagerung
HP-Zerspanung - Maschinengestell - Lager
Welche Lagerung steht für geringe Reibung und hohe Präzision der Bewegungsführung?
Aerostatische Lagerung
Worauf basieren dynamische oder statische Lagerungen? (2)
Luft
Öl
HP-Zerspanung - Maschinengestell - Spindeln
Drehzahlen bis zu 250.000 1/min erforderlich.
Darum häufig ?(2)? eingesetzt
Hybridkugellager
Hybridkugellager weisen welche wichtigen Eigenschaften auf? (2)
niedrige thermische Belastung
reduzierte Reibung und Verlustleistung
HP-Zerspanung - Maschinengestell - Spindeln
Es werden selten aerostatisch oder hydrostatisch gelagerte Spindel eingesetzt.
Wahr/Falsch?
Wahr
HP-Zerspanung - Maschinengestell - Spindeln
Spindelwachstum aufgrund thermischer Dehnung
Kompensation durch?
Sensoren
Werkzeuge bei der Hochpräzisionszerspanung:
- Fräswerkzeuge D = 0,1mm bis D=1mm
- Gewindefräser bis M1
- Ultrafeinkornhartmetall mit unterschiedlichen Beschichtungen
(Nur lesen)
…
Werkzeugarten bei der Hochpräzisionszerspanung
–> siehe FOlie 38(14)
…
Hochpräzisionszerspanung
Entwicklung der Werkzeugmakrogeometrie
Leistungsfähigkeit der neuen Werkzeuge:
- erheblich niedrigere ?(1)?
- Erhöhung der ?(2)? um 30%
- Bearbeitung von Stahl bis zu ?(3)?
- frei konfigurierbare ?(4)?
Ergebnis:
- 50% Steigerung der ?(5)? und ?(6)?
- 85% Verkürzung der ?(7)?
(1) Bruchneigung
(2) Standzeit
(3) 62 HRC
(4) Geometrie
(5) Schnittgeschwindigkeit
(6) Zahnvorschübe
(7) Bearbeitungszeit
Hochpräzisionszerspanung
Schneidkantenpräparation:
- Erhöhung der ?(1)? und des ?(2)?
- ?(3)? der Schneide
- Verbesserung der ?(4)?
- Steigerung der ?(5)? - Verbesserung des Reibwerts zwischen Werkzeug, Werkstück und Span
(1) Verschleißbeständigkeit
(2) Leistungsvermögens
(3) Stabilisierung
(4) Schichthaftung
(5) Oberflächengüte
Hochpräzisionszerspanung
Mechanische Verfahren zur Schneidkantenpräparation: ?? (2)
Tauchgleitläppen
Strömungsschleifen
(Strahlen, Bürsten, Magnetfinish)
Werkzeugbeschichtung
–> Siehe Folie 18!
!
Hochpräzisionszerspanung/Hochpräzisionsfräsen
Vorteile: ?? (3)
Vorteile:
- schnelles Verfahren mit hoher geometrischer Flexibilität
- weites Materialspektrum bearbeitbar
- hohe Aspaktverhältnisse können realisiert werden
Hochpräzisionszerspanung/Hochpräzisionsfräsen
Nachteile: ?? (4)
Nachteile:
- Strukturen unter 20 mikrometer können kaum gefertigt werden
- Oberflächenrauheit unter 60 nm (Ra) kaum möglich
- Werkstoffe nur bis etwa 62 HRC bearbeitbar
- hohe Anforderungen an Maschinentechnik (z.B. Spindelsysteme)
Anwendungsgebiete der Ultrapräzisionszerspanung: ?? (2)
Direktfertigung (Prototypenbau, Einzelteile, Kleinserien)
Werkzeug- und Formenbau für Abformungen
UP-Zerspanung
Traditionelle Ultrapräzisionsbearbeitung: Diamant-Drehen
–> siehe Folie 50(6)!!
…
Ultrapräzisionsbearbeitung: Fräsen
–> Folie 51(7) !!!
…
Ultrapräzision-Zerspanung (UP-Zerspanung)
Grooving, Fly Cutting
Rotierendes Werkzeug am Umfang: ?(1)?
Rotierendes Werkzeug an der Stirnseite: ?(2)?
(1) Grooving
(2) Fly-Cutting
Fly-Cutting: Herstellung von ??
planarer und torischer Flächen
Grooving: Herstellung von ??
Grabenstrukturen unterschiedlichster Form
Ultrapräzisionsschleifen (siehe Folie 53(9))
…
Nenne Werkzeuge der Ultrapräzisionszerspanung (UP-Zerspanung)! (5)
Naturdiamant, monokristallin
künstlich hergestellte Diamanten
Facetten oder Radiuswerkzeuge
Radiuswelligkeit der Schneide P-V < 0,1 mikrometer
Schneidkantenradius 20 < rsubbeta < 50 nanometer
Slow-Slide-Servo, Fast-Tool-Servo
–> Folie 55(11)
…
Maschinen der UP-Zerspanung:
–> siehe Folie 56(12)!!!
!!
Doppelseiten Ultrapräzisionsbearbeitungsmaschine
Motivation: Fertigung Doppelseitiger UP-Werkstücke derzeit nicht prozesssicher und wirtschaftlich herstellbar
Ziel: ?? (3)
Vorgehensweise:
- Entwerfen eines neuen Maschinenkonzepts
- Auslegung der Maschinenkomponenten
- Versuchsdurchführung
Ziel:
- Steigerung der Wirtschaftlichkeit
- Steigerung der Prozesssicherheit
- Automatisierung von UP-Fertigung
(Aufbau Folie 15)
Zusammenfassung - Ultrapräzisionsbearbeitung
Hoher ?(1)? für Maschinen, Messtechnik und Prozessumgebung
hohe ?(2)? für qualitativ hochwertige Werkzeuge
erfordert ?(3)? Personal
wirtschaftlich im ?(4)?- und ?(5)?
gefertigte Abformwerkzeuge können für alle ?(6)? eingesetzt werden
stark additive industrielle und universitäre Forschung zur Überwindung der momentanen Defizite
erhebliches Potential zur Fertigung hochgenauer Formen
(1) Investitionsaufwand
(2) Preise
(3) hochqualifiziertes
(4) Prototypen-
(5) Werkzeugbau
(6) Abformprozesse
