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Einfluss des Post-Processings auf laserstrahlgeschmolzene Bauteile am Beispiel von ß-Titanlegierungen

2021 , Gerlitzky, Georg

Additive Fertigungsverfahren wie das Laserstrahlschmelzen gewinnen bei der Fertigung von individualisierten Produkten immer mehr an Bedeutung. Dass liegt vor allem an der hohen geometrischen Gestaltungsfreiheit des Verfahrens und der guten Werkstoffausnutzung, die vor allem bei teuren Hochleistungswerkstoffen von Vorteil ist. Dem Durchbruch des Laserstrahlschmelzens für diese Werkstoffe stehen allerdings Probleme, wie geringe Produktivität und die mangelnde Integration in produktive Prozessketten gegenüber. Damit einhergehend besteht Forschungsbedarf hinsichtlich des Einflusses von Post-Prozessen, wie Wärmebehandlung und Nachbearbeitung, auf die Eigenschaften der laserstrahlgeschmolzenen Bauteile. In dieser Arbeit werden am Beispiel des Werkstoffs Ti 5553 zunächst Prozessgrundparameter zur Qualifizierung des Werkstoffs für das Laserstrahlschmelzen untersucht. Anschließend werden die Einflüsse der Wärmebehandlung und der Nachbearbeitung auf die Bauteileigenschaften quantifiziert. Abschließend werden Wechselwirkungen zwischen den Post-Prozessen aufgezeigt und Versagensmechanismen auf Basis der Belastungsarten charakterisiert. Die erarbeiteten technologischen Grundlagen können bei der anforderungsgerechten Auslegung von Prozessketten für das Laserstrahlschmelzen behilflich sein und somit breitere Anwendungsfelder für das Verfahren erschließen.

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Spannutschleifen von Hartmetall-Schaftwerkzeugen mit gradierten Schleifscheiben

2018 , Schröer, Nikolas

Das Schleifen der Spannut ist der zentrale Prozessschritt bei der Herstellung von Schaftwerkzeugen. Im Vergleich mit den anderen Werkzeugschleifoperationen weist er hohe Zerspanungsvolumina und Hauptzeitanteile auf, beeinflusst aber auch das Einsatzverhalten des Zerspanwerkzeugs wesentlich. Er ist gekennzeichnet durch eine komplexe Prozesskinematik, die in variierenden Eingriffsbedingungen entlang der Schleifscheibenbreite resultiert. Mit Hilfe einer modellbasierten und experimentellen Analyse von Spannutschleifprozessen konnte ein umfangreiches Prozessverständnis generiert werden. Dabei wurden unter anderem Erkenntnisse über die komplexen Eingriffsbedingungen zwischen Schleifscheibe und Werkstück, die an der Nutentstehung beteiligten Schleifscheibenbereiche, die Oberflächenentstehungsmechanismen in der Spannut und das Abrichtverhalten von Diamantschleifscheiben erarbeitet. Dieses Wissen bildete die Basis für die Umsetzung eines Optimierungsansatzes für Spannutschleifprozesse, bei dem die Schleifscheibe ein anwendungsgerechtes, lokal variierendes Eigenschaftsprofil aufweist. Das Einsatzverhalten dieser gradierten Schleifwerkzeuge wurde untersucht und ihr Potenzial aufgezeigt.

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CO2-Schneeentstehung und deren Wirkung auf die Effekte beim CO2-Schneestrahlen

2016 , Kretzschmar, Michael

Das Reinigungsstrahlen mit festem CO2 hat viele Vorteile gegenüber dem Strahlen mit beständigen Strahlmitteln und hat sich als industrielle Anwendung bewährt. So entfällt beispielsweise die Entsorgung oder die Aufbereitung des Strahlmittels, da es nach dem Strahlvorgang in die Gasphase übergeht und in die Atmosphäre entlassen wird. Bisherige Untersuchungen befassten sich vornehmlich mit dem Trockeneisstrahlen und der beim Strahlprozess auftretenden Effekte. Für das CO2-Schneestrahlen existieren bislang weder Untersuchungen zu den Effekten noch zur CO2-Schneeentstehung während des Strahlvorgangs. Diese Untersuchungen sind Teil dieser Arbeit mit dem Ziel, die CO2-Schneeentstehung mittels eines Modells zu beschreiben. Darüber hinaus sollen die CO2-Schneeeigenschaften wie die Partikelhärte und damit auch die Zusammensetzung der Effekte funktional beschrieben werden. Auf der Grundlage der statistischen Versuchsplanung wurden experimentelle Untersuchungen durchgeführt und im Anschluss die entsprechenden Modellgleichungen erstellt. Die Modelle können genutzt werden, um die CO2-Schneeeigenschaften gezielt zu beeinflussen und so den CO2-Schneestrahlprozess effektiver gestalten zu können.

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CVD-Diamant als Schneidstoff

2003 , Brücher, M. , Uhlmann, E.

Für die wirtschaftliche Bearbeitung von schwer zerspanbaren Werkstückwerkstoffen können oftmals nur hochharte polykristalline Schneidstoffe eingesetzt werden. Insbesondere bei der Fertigung von Bauteilen aus abrasiven Leichtmetall-Legierungen gibt es gegenüber den diamantbasierten Schneidstoffen keine Alternative. Derzeit etabliert sich mit der aktivierten Gasphasenabscheidung ein alternatives Verfahren zur Diamantsynthese, das neue Möglichkeiten im Bereich der Hochleistungswerkzeuge eröffnet. Die Auswahl eines optimalen CVD-Diamant-Werkzeuges setzt jedoch die Kenntnis der Zusammenhänge zwischen der chemischen Zusammensetzung und den physikalisch-mechanischen Eigenschaften der Schneidstoffe einerseits und dem Werkzeugverschleiß andererseits voraus. Die Anwendung von CVD-Diamant in der industriellen Praxis zeigt, dass diese Kenntnisse oftmals nicht in ausreichendem Maß vorhanden und damit die Rahmenbedingungen für einen wirtschaftlichen Einsatz dieser Schneidstoffe nicht gegeben sind. Vor diesem Hintergrund gewinnt die Durchführung bisher fehlender tribologischer Grundlagenuntersuchungen an Bedeutung. Das Ziel war es, das Verschleißverhalten von CVD-Diamant-Werkzeugen unterschiedlicher Modifikationen bei stationären und instationären Belastungszuständen zu untersuchen.

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Fräsbearbeitung von Nickelbasislegierungen mit Industrierobotern.

2018 , Reinkober, Sascha

Industrieroboter besitzen das Potenzial, die mechanische Fertigung der Zukunft maßgeblich zu beeinflussen. Die im Vergleich zu Werkzeugmaschinen wirtschaftlichen Vorteile können Industrieroboter als die technologischen Erfolgsfaktoren für die flexible und kundenindividuelle Produktion etablieren. Das Systemverhalten von Standard Industrierobotern qualifiziert diese derzeit jedoch primär für die Fräsbearbeitung weicher beziehungsweise leicht zerspanbarer Werkstoffe und bedingt die Nutzung von kostenintensivem Zusatzequipment, welches die Systemkosten negativ beeinflusst.
Die Fräsbearbeitung von hochharten Superlegierungen unter Nutzung von Industrierobotern wird angesichts der hohen zu erwartenden Prozesskräfte bisher ausgeschlossen. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung eines Bearbeitungsprozesses zur Fräsbearbeitung von Nickelbasislegierungen unter Nutzung von Standard Industrierobotern. Dabei kommen keramische Schaftfräser zur Reduktion der Prozesskräfte zur Anwendung. Die somit erzielbare Zerspanleistung offenbart das Potenzial von marktverfügbaren Industrierobotern als Bearbeitungsmaschinen, auch ohne die Nutzung kostenintensiver Mess- und Zusatzsysteme.

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Einsatzverhalten nanocomposite-beschichteter PcBN-Werkzeuge für die Hartdrehbearbeitung.

2017 , Oyanedel Fuentes, Javier Alejandro , Uhlmann, Eckart

Diese Dissertation verschafft einen Überblick über das Einsatzverhalten nanocomposite-beschichteter PcBN-Werkzeuge für die Bearbeitung gehärteter Stähle. Dabei wird speziell auf die Verschleiß- und Temperaturentwicklung im Hartdrehprozess eingegangen.

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Verfahren zum Einzelpunktlöten von elektrischen Anschlusskontakten mit getrennter Erwärmung von Lötstelle und Lot

2005 , Frenzke, A. , Seliger, G.

In der Elektronikproduktion kann aufgrund der vielen unterschiedlichen Lötaufgaben auf das automatisierte Einzelpunktlöten von elektrischen Anschlusskontakten nicht verzichtet werden. Durch die gesetzliche Umstellung auf den bleifreien Lötprozess und durch neue Schaltungsträger sind Lötaufgaben jedoch zunehmend durch höhere Löttemperaturen und thermisch sensiblere Substrate gekennzeichnet. Be solchen Lötaufgaben stoßen die heutigen Verfahren zum Einzelpunktlöten an ihre Grenzen. Ihre Prozesstechnologie erfordert bei höheren Löttemperaturen auch längere Lötzeiten und es ist nicht möglich, die Prozessführung präzise auf thermisch sensible Lötaufgaben abzustimmen. Deshalb sind neue Verfahren zum Einzelpunktlöten erforderlich, die heutigen und zukünftigen Anwendungsfeldern gerecht werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Duothermlöten mit Flüssiglot entwickelt, realisiert und erprobt. Bei diesem Verfahren zum Einzelpunktlöten werden die Lötstelle und das Lot mit zwei voneinander unabhängigen Wärmequellen erwärmt und der Lötstelle wird bedarfsgerecht Flüssigkeit zugeführt. Im analytischen und experimentellen Verfahrensvergleich zeigt das Duothermlöten seine Vorteile gegenüber den heutigen Verfahren zum Einzelpunktlöten. Da das Lot nicht erst an der Lötstelle aufschmilzt, sind kürzere Lötzeiten auch bei höher schmelzenden Lotlegierungen möglich. Durch die getrennte Erwärmung von Lötstelle und Lot kann der Lötprozess auf thermisch sensible Lötaufgaben abgestimmt werden.

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Endkonturnahe Schruppbearbeitung von Titanaluminid mittels Wasserabrasivstrahlen mit kontrollierter Schnitttiefe

2018 , Faltin, Fabian

Intermetallische Titanaluminid-Legierungen werden aufgrund ihrer hervorragenden thermomechanischen Eigenschaften bei gleichzeitig geringer Dichte weithin als eine mögliche Werkstoffgruppe für den Einsatz im Turbomaschinenbau betrachtet. Trotz der hervorragenden Eigenschaften ist der serientechnische Einsatz dieser Legierung bislang ausgeblieben. Der Hauptgrund ist hierbei unter anderem in der schwierigen Bearbeitbarkeit mit konventionellen Fertigungsverfahren wie dem Fräsen oder Drehen zu sehen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Wasserabrasivstrahltechnologie für eine werkstoffeffiziente, endkonturnahe Schruppbearbeitung dieser schwer zerspanbaren Werkstoffe nutzbar gemacht. Mit Hilfe statistischer Versuchsplanungsmethoden wurden hierzu Regressionsmodelle abgeleitet, mit denen Schnitte mit definierter und vorhersagbarer Tiefe in Werkstücke eingebracht werden können, deren Überschneidung zur Entfernung von Segmenten aus Halbzeugen genutzt werden können. Anhand von Hochgeschwindigkeitskameraaufnahmen wurden zudem die Effekte, die zu Unebenheiten im Kerbgrund führen können, grundlegend untersucht und Bearbeitungsstrategien zu dessen Vermeidung vorgestellt.

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Einfluss von Herstellungs- und Lagerungsfaktoren auf die Eigenschaften von Trockeneispellets und das Strahlergebnis

2016 , Motschmann, Simon

Das Trockeneisstrahlen bietet die Möglichkeit einer schonenden, trockenen und rückstandsfreien Bearbeitung. Eine gesteigerte Abrasivität sowie reproduzierbare Eigenschaften des Strahlmittels ermöglichen die Ausweitung auf potentiell neue Einsatzfelder. Analysiert sind ausgewählte Einflussparameter in Form von Herstellungs- und Lagerungsbedingungen mit ihren Effekten auf die Eigenschaften von Trockeneispellets und das Strahlergebnis.

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Ultraschallunterstütztes Quer-Seiten-Schleifen

2004 , Daus, N.-A. , Uhlmann, E.

Die spanende Endbearbeitung von Bauteilen aus Keramiken ist mit großem Aufwand und hohen Kosten verbunden. Ungeachtet dessen kann auf diesen Bearbeitungsschritt nicht verzichtet werden. Das Schleifen ist nach wie vor das am häufigsten angewendete Verfahren für die Bearbeitung dieser Werkstoffe. Durch die Überlagerung von Schleifverfahren mit einer zusätzlichen oszillierenden Bewegungskomponente konnten erhebliche Steigerungen des Zeitspanungsvolumens erzielt werden. Besonders vorteilhaft hat sich hierbei die Einbringung von Ultraschallschwingungen erwiesen. Ein großes Potenzial ist insbesondere dem Verfahren ultraschallunterstütztes Quer-S.-Schleifen zu prognostizieren. Der komplexe Prozess und die erst in letzter Zeit über das Versuchsstadium hinaus entwickelten Maschinensysteme beschränken jedoch derzeit den industriellen Einsatz des US-Schleifens auf wenige Anwendungsfälle. Zum Einen fehlen Untersuchungen zu den kinematischen Gegebenheiten und deren Auswirkungen auf das Bearbeitungsergebnis, zum Anderen erfordern die besonderen Belastungen des US-Schleifprozesses angepasste Werkzeuge und Anlagensysteme. Diese Arbeit soll einen Beitrag leisten, das Verständnis über die kinematischen Zusammenhänge und deren Wirkung auf den Bearbeitungsprozess und das Arbeitsergebnis zu erweitern und damit die Akzeptanz des Verfahrens zu erhöhen.