Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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Liquid Metal Embrittlement of Advanced High Strength Steels during Resistance Spot Welding

2019 , Frei, Julian

Neue Stahlwerkstoffe mit verbesserten Materialeigenschaften stellen die etablierten Schweißverfahren vor neue Herausforderungen. Während des Widerstandspunktschweißens hochfester Stähle wird teilweise flüssigmetallinduzierte Rissbildung (liquid metal embrittlement) beobachtet. Eine qualitativ hochwertige, rissfreie Punktschweißverbindung liegt im Interesse der gesamten metallverarbeitenden Industrie. Vor allem jedoch in Bereichen hochbeanspruchter bzw. sicherheitsrelevanter Bauteile und Konstruktionen wie zum Beispiel Automobilkarosserien wird hierauf besonderen Wert gelegt. Das Phänomen liquid metal embrittlement (LME) bietet ein weites Spektrum an Fragestellungen aus der Ingenieurs- bzw. der Forscherperspektive. Es handelt sich dabei um ein komplexes Zusammenwirken verschiedener Prozesse, deren Kombination letztendlich zur Rissentstehung führt. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, anwendungsrelevante Einflussfaktoren zu untersuchen, um einerseits das Prozessverständnis zu verbessern, und andererseits potentielle Abhilfemaßnahmen aufzuzeigen.

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Steigerung des Formänderungsvermögens der Magnesiumlegierung AZ31 bei Raumtemperatur unter Nutzung der elektro-magnetischen Umformung

2017 , Prasol, Lukas

Das geringe Formänderungsvermögen der Magnesiumlegierung AZ31 in konventionellen Blechumformprozessen bei Raumtemperatur limitiert den Einsatz in industriellen Anwendungen. Das elektro-magnetische Blechumformen hat eine Steigerung des Formänderungsvermögens der Magnesiumlegierung AZ31 bei Raumtemperatur zur Folge. Inhalt dieser Arbeit ist eine systematische Untersuchung des Formänderungsvermögens der Magnesiumlegierung AZ31 bei elektro-magnetischer Blechumformung und Raumtemperatur. Durch die Entwicklung eines FE-Simulationsmodells unter Integration eines formänderungsgeschwindigkeitsangepassten Werkstoffmodells ist eine Untersuchung der maßgeblichen, das Formänderungsvermögen beeinflussenden Effekte der Magnesiumlegierung AZ31 bei elektro-magnetischer Blechumformung realisierbar. Das Formänderungsvermögen wird experimentell im Belastungszustand der ebenen Dehnung und bei bi-axialer Streckziehbelastung ermittelt. Die prozessbedingte Joulesche Erwärmung des Werkstücks sowie die hohe Formänderungsgeschwindigkeit bewirken eine Steigerung des Formänderungsvermögens der Magnesiumlegierung AZ31 bei Raumtemperatur im Vergleich zu konventionellen Blechumformprozessen.

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Numerische Prozesssimulation zur Auslegung des Druckfließläppens am Beispiel additiv gefertigter Bauteile

2018 , Schmiedel, Christian

Für die Feinbearbeitung von Bauteilen mit komplexer Geometrie, insbesondere in innenliegenden Bereichen, mit höheren Ansprüchen an die Oberflächengüte hat sich das Druckfließläppen in der industriellen Anwendung etabliert. Mit dem Verfahren lassen sich zudem Grate entfernen und Kanten definiert konturieren. Für den abrasiven Vorgang sorgen in ein polymeres Basismedium eingebettete Schleifkörner. In der vorliegenden Arbeit wird ein rheologisches Modell zur Beschreibung der viskoelastischen Eigenschaften der abrasiven Medien entwickelt und in konventionelle Simulationssoftware implementiert. Der Abgleich zwischen Simulations- und Arbeitsergebnissen erfolgt am Beispiel additiv gefertigter Bauteile aus verschiedenen Werkstoffen. In diesem Zusammenhang wird auch das Potenzial für das Druckfließläppen laserstrahlgeschmolzener Bauteile aufgezeigt. Als Ergebnis liegt ein Simulationstool zur Prognose der Bearbeitungsergebnisse vor, welches sich auf beliebige Anwendungsszenarien übertragen lässt. Auf diese Weise wird zukünftig der Versuchsaufwand zur Prozessauslegung und -optimierung signifikant reduziert.

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Einflussfaktoren der Reinigung mit flüssigem Kohlendioxid auf fertigungsrelevante Materialeigenschaften medizintechnischer Kunststoffe

2017 , Mankiewicz, Johannes

Durch seine chemischen und physikalischen Vorteile hat sich Kohlendioxid in der Verfahrens- und Produktionstechnik in verschiedenen Anwendungen etabliert. Der reinigungstechnische Einsatz ist aktuell noch auf das Trockeneis- und CO2-Schneestrahlen beschränkt. Bei der Imprägnierung und Färbung von Kunststoffen gehört es zum etablierten Stand der Technik. Die Anwendung der flüssigen Phase des Kohlendioxids für die Lösemittelreinigung hat sich in der industriellen Praxis noch nicht durchsetzen können. Vor diesem Hintergrund besteht ein besonderes Potential der Technologie für medizintechnische Produktionsprozesse zur rückstandsfreien Reinigung von Kunststoffen, ohne eine anschließende Trocknung. Die vorliegende Arbeit fokussiert sich auf die Erarbeitung von Erkenntnissen zum Einfluss der Reinigung mit flüssigem Kohlendioxid auf die konstruktions- und fertigungstechnischen Materialeigenschaften von medizintechnischen Kunststoffen. Dazu werden aus der Gruppe der Elastomere sowie der amorphen und teilkristallinen Thermoplaste Kunststoffe im Rahmen des entwickelten Versuchsprogramms zum Einfluss der Reinigungszeit sowie der Parametrisierung des Übergangs zwischen Prozess- und Umgebungsbedingungen untersucht. Dies erlaubt die Beschreibung signifikanter Eigenschaftsänderungen der Materialien hinsichtlich der Gravimetrie, Geometrie, Zugfestigkeit, Oberflächenhärte und Quellung. Die dadurch erlangten Erkenntnisse erweitern das Prozessverständnis zur reinigungstechnischen Anwendung von flüssigem Kohlendioxid und erlauben die Ableitung von grundsätzlichen Anwendungshinweisen für den angestrebten Einsatz in der Praxis.

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