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Verformung dünnwandiger Graphitelektroden mit hohen Aspektverhältnissen beim funkenerosiven Senken

Deformation of thin-walled graphite electrodes with high aspect ratios during sinking EDM
 
: Zeis, Markus

Aachen: Apprimus Verlag, 2017, IX, 135 pp.
Zugl.: Aachen, TH, Diss., 2017
Ergebnisse aus der Produktionstechnik, 24
ISBN: 978-3-86359-536-4
ISBN: 3-86359-536-X
ISBN: 978-3-86359-548-7
German
Dissertation
Fraunhofer IPT ()

Abstract
Die Hauptanwendungsgebiete der Senkerosion finden sich im Werkzeug- und Formenbau sowie in der Triebwerks- und Medizintechnik. Bei der Fertigung schmaler Kavitäten mit hohen Aspektverhältnissen wurden dabei zuletzt verstärkt Verformungen der eingesetzten dünnwandigen Graphitelektroden beobachtet, sodass außerhalb der vorgegebenen Toleranzen produziert wurde. Fehler im Herstellungs- und Fertigungsprozess der Elektroden konnten ausgeschlossen werden, sodass dieses Phänomen zunächst rein hypothetisch auf die gesteigerte ruckartige Abhebebewegung moderner Senkerosionsanlagen zurückgeführt wurde. Die vorliegende Arbeit widmete sich dieser Problemstellung, indem die zentrale Forschungshypothese aufgestellt wurde, dass thermisch und fluidmechanisch induzierte Beanspruchungen beim funkenerosive n Senken mit Bewegungsspülung zur Verformung dünnwandiger Graphitelektroden mit hohen Aspektverhältnissen führen können. Den wissenschaftlichen Gestaltungsrahmen bildete die Prozesssignatur, welche einen funktionellen Zusammenhang zwischen prozessbedingten Werkstoffbeanspruchungen und -modifikationen herstellt. Dazu wurde zunächst das temperaturabhängige Materialverhalten von Funkenerosionsgraphit grundlegend analysiert. Ein Fokus der Analysen lag auf der inneren Reibung und den Dämpfungseigenschaften von Graphit. Als Ursache für anelastische bzw. viskoelastische Verformung wurden in erster Linie Versetzungen sowie die basalen Mikrorisse identifiziert. Physikalische Erklärungsansätze lieferten dabei die Vorstellung nach Bordoni sowie im Bereich der amplitudenabhängigen inneren Reibung d as Modell von Granato und Lücke. Anschließend wurde ein Simulationsmodell aufgebaut, welches die zeitabhängige Berechnung von Erwärmung und Verformung dünnwandiger Graphitelektroden mit hohen Aspektverhältnissen ermöglichte. Ausgehend von einer mit stochastischen Methoden ermittelten Temperaturverteilung (Monte-Carlo-Simulation) wurde die Fluid-Struktur-Wechselwirkung zwischen Dielektrikum und Graphitsteg berechnet. Auf Basis der Ähnlichkeitstheorie wurde abschließend gezeigt, wie die gefundenen Erkenntnisse mithilfe der Reynoldszahl ohne wiederholten numerischen Rechenaufwand schnell auf verwandte Geometrien übertragen werden können.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-490434.html