Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Design and hard machining of a high performance ceramic impeller
    ( 2020)
    Uhlmann, Eckart
    ;
    Polte, Julian
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    Koprowski, S
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    Kochan, Jaroslaw
    ;
    Borsoi Klein, T.
    The constant development and improvement of mechanical and chemical properties of high performance ceramics allows the expansion of its actual applications. In comparison to metal materials, the use of novel high performance components can offer numerous advantages. In turbomachinery, a full ceramic impeller can fulfil the requirements of efficiency and high turbine inlet temperatures combined with lower cooling requirements, reduced combustion emissions and fuel consumption. This is feasible not only thanks to the properties of the ceramics, but also by the interaction of this with simulation, design optimization, manufacturing processes and a high quality finishing by hard machining. However, the machining of brittle material components with complex geometries remains a challenge in terms of resultant surface characteristics, tribological properties, geometric accuracy and process costs. In this scenario, 5-axis grinding with mounted points and innovative strategies p rovide new possibilities for the manufacturing of these complexes components. The current work aims at a practice-oriented design and the following hard machining of a hot isostatically pressed silicon nitride (HIPSN) impeller with complex geometry and high requirements, gathering low geometrical deviations, reduced brittle fractures and roughness at the ground part. To achieve these objectives, different machining strategies and parameters are tested and correlated with the resulting quality of the component. Simulation techniques are also shown to ensure optimum operating conditions for the ceramic component.
  • Publication
    Besser bremsen und kuppeln mit C-SiC Komponenten
    ( 2008)
    Borsoi Klein, T.
    ;
    Hübert, C.
  • Publication
    Innovative Schleifverfahren für die wirtschaftliche Bearbeitung von Hochleistungswerkstoffen
    ( 2008)
    Uhlmann, E.
    ;
    Borsoi Klein, T.
    ;
    Mihotovic, V.
    Innovative Kinematikkonzepte erlauben die Senkung der Fertigungskosten aufgrund der stetigen Leistungssteigerung von Maschinensystemen in Kombination mit einer verbesserten Prozessanalyse. So konnten beim Schnellhubschleifen mit hohen Tischgeschwindigkeiten deutlich über v(ind ft)=30m/min hohe Zeitspanungsvolumina bei geringer Eingriffstiefe erreicht werden. Beim Hochleistungsplanschleifen mit Planetenkinematik liegen die optimalen Schnittbedingungen im Bereich erhöhter Schnittgeschwindigkeiten und Schleifkräfte. Mit der neuesten Generation von Maschinensystemen lässt sich teilweise die Bearbeitungszeit um bis zu 80% reduzieren. Außerdem wurden die Prozessführung und das Verschleißverhalten der Schleifscheibe deutlich verbessert. Durch die Simulation der elementaren Vorgänge in der Wirkzone ist es möglich, die Partikelbahnen beim ultraschallunterstützten Quer-Seiten-Schleifen zu beobachten und das Abtrennverhalten zu beurteilen. Die Erkenntnisse lassen sich auf weitere Kinematiken und Schleifoperationen mit Kühlschmierung übertragen. Für das Strömungsschleifen ist die CFD-Simulation ein geeignetes Werkzeug, um Einstellparameter für einen Bearbeitungsprozess zu identifizieren und das Arbeitsergebnis zu verbessern. Die Simulation nichtnewtonscher Fluide erfordert, für das Schleifmedium rheologische Kenngrößen zu integrieren. Durch die Entwicklung eines Prozessmodells lassen sich mithilfe der Simulation Arbeitsergebnisse an komplexen Bauteilgeometrien antizipieren. Ein weiterer Fokus der Untersuchungen ist die technologisch-wirtschaftliche Umsetzung des Potenzials keramischer Hochleistungswerkstoffe für die spanende Fertigung. Dabei wurde Keramik sowohl als Schneidstoff als auch als Substrat-Werkstoff untersucht. Durch den Einsatz eines vollkeramischen Schaftfräsers konnten die Schnittgeschwindigkeiten bei Ni-Basis-Superlegierungen um den Faktor 40 gesteigert werden. Entnommen aus TEMA