FL Zusammenfassung 19/20 PDF

Preview

Summary

Download FL Zusammenfassung 19/20 PDF

Description

Urformen Gießen Füllen Form mit schmelzflüssigem Metall, Erstarrung zu Gussstück mit vorgegebener Geometrie Vorteile: - Formgebung in 1 Schritt - freie Gestaltungsmöglichkeiten - mittlerer Maßgenauigkeit/Oberflächengüte, Werkzeug-/Herstellungskosten - komplexe Formen, variabler Wandstärke Gießverfahren

Dauerform

verlorene Form

Dauermodell

verlorenes Modell

• Handformen • Maschinenformen • Maskenformen

• Feingießen • Vollformgießen

Begriffe Gießform  Hohlraum zur Aufnahme der Schmelze  Negativ des Gussteils  Arten o Verlorene Formen o Dauerformen Modell  Abbildung des Gussteils mit Aufmaß  Arten o Verlorene Modelle o Dauermodelle Formstoff  folgende Eigenschaften:  Festigkeit und Maßhaltigkeit  Hohe Abbildungsgenauigkeit  Feuerbeständigkeit  Geringe Wärmeleitfähigkeit  Keine Wechselwirkungen mit der Schmelze  Problemlose Wiederverwendbarkeit Kerne Abbild Hohlräume Gussstück Eingusssystem: Gesamtheit Einguss-Lauf-Anschnittsystem Ausführung je nach Gießverfahren & Gießmetall Wesentliche Bestandteile:  Einguss  Speiser  Anschnitt  Lau

kein Modell • • • •

Druckgießen Kokillengießen Schleudergießen Stranggießen

Verlorene Form  Werkstoffe o Grundstoff: mineralisch, feuerfest, körnig o Bindemittel  Zerstörung nach dem Abguss Dauerform  Werkstoff: Stahl  Herstellung vieler Gussteile  Kein Modell erforderlich Verlorenes Modell  Einmalige Einformung  Modell schmilzt oder verbrennt beim Gießen  Verwendung geschlossener Formen  Modellwerkstoffe o Wachs (Feinguss) o Polystyrolschaum    

Dauermodell Mehrmalige Ein- und Ausformung Verwendung geteilter Formen Modellwerkstoffe o Metall o Kunststoff o Holz o Gips

Einguss: In Einguss wird Metallschmelze in Gießform eingeleert. Er besteht aus: 1. Eingusstrichter bzw. Eingusstümpel 2. Eingusskanal 3. Lauf (auch Schlackenlauf, Verteilerlauf) 4. Anschnitt. Speiser: Offener oder geschlossener Raum in Gießform, Aufgabe: flüssiges Material speichern, Volumenveränderung ausgeglichen  Lunkerbildung verhindert Anschnitt: Teil Gießsystem, durch den Werkstoff in Bauteilform läuft. Man unterscheidet:

Schwund:  Verkleinerung Gussteil, ohne Material entfernt oder Druck ausgeübt  Beim Gießen: Werkstücke verkleinern bei Abkühlen da Volumenänderung bei Kristallisation und Wärmedehnung um bestimmten Prozentsatz= Schwindung

Varianten

Gussfehler Lunker

Innenlunker (zu hohe Kokillentemperatur) Angebrannter Sand

Außenlunker

Ausspülungen von Formsand

ungenügende Verdichtung zu hohe Gießtemperatur Warmrisse

Gasporosität

turblente Befüllung schlechte Gasdurchlässigkeit Formsand Kaltlauf Erstarrung in engen Querschnitten vor vollständiger Formfüllung (oft bei Druckguss, Feinguss)

     

Lunker Einschlüsse Kaltläufe Gasporosität Warmrisse Ausspülungen von Formsand

Vermeidung durch geeignete Konstruktion:  Erstarrungsgerecht  Formgerecht  Bearbeitungsgerecht  Beanspruchungsgerecht  Putz- und prüfgerecht

Generative Fertigungsverfahren / 3D-Druck Motivation/Wirtschaftl. Zielkriterien

Prinzip PR-Fertigungstechnologie

RP-Verfahrensprinzipien

Schmelzauftrag (FDM)

Binder Injektion (3D-Printing)

Photopolymerisation (SLA)

Pulversintern (SLS) UV

Trennen Bewegung und Geschwindigkeiten in der Arbeitsebene

Schnittgrößen in der Arbeitsebene

Schnittgrößen senkrecht zur Arbeitsebene

Spannungsgrößen

Schneiden und Flächen am Schneidkeil (Drehmeißel)

Winkel am Schneidkeil

Kräfte beim Spanen

Geometrien am monolithischen Spiralbohrer mit Zylinderschaft

Technologische Kenngrößen beim Bohren ins Volle

Fräsverfahren nach DIN8589-3

Planfräsen Definition: Fräsen mit geradliniger Bewegung zur Erzeugung ebener Flächen  Vorschubbewegung meist senkrecht zur Werkzeugdrehachse

Planfräsverfahren

Umfangsfräsen Kinematik

DIN 8589-4 Hobeln/Stoßen Spanen mit wiederholter, meist geradliniger Schnittbewegung und schrittweiser, zur Schnittrichtung senkrechter Vorschubbewegung.

DIN 8589-5 Räumen Spanen mit einem mehrzahnigen Werkzeug, dessen Schneidenzähne hintereinander liegen und jeweils um die Spanungsdicke gestaffelt sind. Besonderheiten: • Einachsige Werkzeugbewegung • Vorschubbewegung durch Staffelung der Zähne ersetzt • Geometrie letzte Zähne in Eingriff definiert Profil am Werkstück • Arbeitsvorgang umfasst einen Durchlauf/Hub des Räumwerkzeuges • Vorbearbeitung bei Innenprofilen notwendig Wiederholung – Spanungsgeometrie

Einstellwinkel: von Hauptschneide und Vorschubrichtung gebildet Große Einstellwinkel  kleine Passivkräfte, Späne brechen besser, aber Schneide verschleißt eher Kleine Einstellwinkel ermöglichen größeren Schneideneingriff.

Vorschub f: Spanungsweg in Vorschubrichtung, der bei Werkstück- oder Werkzeugumdrehung in Millimeter zurückgelegt wird

Schnittiefe ap: Eingriffstiefe der Hauptschneide, in axialer Werkzeugrichtung senkrecht zu Arbeitsebene in Millimeter gemessen

Schnittbreite ae (Arbeitseingriff) ist Eingriffsbreite Hauptschneide, wird in radialer Werkzeugrichtung parallel zu Arbeitsebene in Millimeter gemessen

Zerspankraftkomponenten Schnittkraft Fc ist bedeutendste Kraft bei Zerspanung und mit Schnittgeschwindigkeit für Berechnung der Antriebsleistung der Werkzeugmaschine ausschlaggebend

Werkzeugbelastung – Spanentstehung I. Stauchung Werkstoffe durch Eindringen Werkzeugschneide in Werkstück II. Elastische und plastische Verformung Werkstoff III. Abscheren und Abgleiten Werkstoffpartikel in Scherebene, Umorientierung Kristalle in Strukturlinien. IV. Ausbildung Span (deformierte Werkstoffpartikel) V. Ablaufen Span über Spanfläche des Werkzeuges.

Werkzeugbelastung – Thermische Belastung

Verschleißmechanismen (-ursachen)

Adhäsion  meist bei geringeren Schnittwerten zwischen Schneidstoff und Werkstückwerkstoff  entsteht Stoffschluss durch Mikroverschweißungen oder mechanisches Verhaken  Aufbauschneidenbildung auf Spanfläche Aufbauschneiden: - gleiten periodisch über Freifläche und Spanfläche ab - verstärkter Freiflächenverschleiß, verschlechterte Werkstückoberflächen Abrasion  am häufigsten auftretende mechanische Verschleißform  Harte Partikel im Werkstück (z.B. Oxide, Karbide, Verunreinigungen) reißen Schneidstoffteilchen heraus (Freiflächenverschleiß)  Verstärkung: Bestandteile Schneidstoff werden in zu zerspanendes Werkstück übertragen und eingelagert (Selbstfurchung) Diffusion  Tribochemischer Verschleiß, thermisch bedingt  entsteht in Grenzschicht zwischen Werkstück und Werkzeug durch unterschiedliche Konzentrationen zwischen Werkstoff- und Schneidstoffbestandteilen (Kohlenstoff) bei höheren Temperaturen  thermisch-chemisch aktiviertes „Wandern“ von Atomen des Schneidstoffes in den Werkstückwerkstoff (oder / und in Gegenrichtung). Unabhängig von der Schneidstoffhärte  Typische Verschleißform ist der Kolkverschleiß Oxidation  Tribochemischer Verschleiß, thermisch bedingt, Verzunderung  An Rändern der Kontaktzone, wenn Luftsauerstoff vorhanden, Oberflächentemperatur > 700 °C und Oxidationsneigung Schneidstoffes hoch genug  Reaktionsprodukte Eisenoxide geringer Festigkeit (Zunder)  Besonders anfällig: Wolframcarbid und Kobalt in der Hartmetallmatrix  Typische Verschleißform: Kerbverschleiß Oberflächenzerrüttung  vorrangig bei mechanischer oder thermischer Wechselbeanspruch  Beispiel: Fräsen als Zerspanen im unterbrochenen Schnitt einhergehend mit hochfrequenten Wechselbeanspruchung mit hoher Amplitude  Gefügeveränderungen  Materialermüdung  Mikrorissbildung  Risswachstum  Versagen

Verschleißerscheinungsformen Freiflächenverschleiß Ursache: Abrasion VB = Verschleißmarkenbreite SV = Schneidkantenversatz

Kolkverschleiß Ursache: Kombination aus Diffusion und Abrasion KT: Kolktiefe KM: Kolkmittenabstand KL: Kolklippenbreite KB: Kolkbreite K: Kolkverhältnis    

zulässige Grenze: K  0,4 mm

Kerbverschleiß Ursache: Oxidation und Adhäsion führt ggf. zum Bruch der Werkzeugschneide Schneidendeformation Ursache: Diffusion führt ggf. zum Bruch der Werkzeugschneide Thermo-mechanisches Versagen Ursache: Oberflächenzerüttung Es bilden sich Belastungsrissen, welche ggf. zu Schneidenabplatzungen führen

Schneidstoffe Im Idealfall sollte ein Schneidstoff folgende Eigenschaften besitzen:  hohe Härte und Druckfestigkeit  hohe Zähigkeit und Biegefestigkeit  hohe Temperaturbeständigkeit  hohe Kantenstabilität  hohe Oxidationsbeständigkeit  hohe Temperaturwechselbeständigkeit  geringe Diffusionsneigung  geringe Wärmeleitfähigkeit Die wichtigsten Schneidstoffe im Überblick

DIN 8589-11 Schleifen mit rotierendem Werkzeug spanendes Fertigungsverfahren mit vielschneidigen Werkzeugen, deren geometrisch unbestimmte Schneiden von einer Vielzahl gebundener Schleifkörper aus natürlichen oder synthetischen Schleifmitteln gebildet werden und mit hoher Geschwindigkeit, meist unter nichtständiger Berührung zwischen Werkstück und Schleifkorn den Werkstoff abtrennen

Grundaufbau Schleifwerkzeuge

Anforderungen an das Werkzeug:  Hohe Härte  Scharfkantiges Korn und leicht spaltbar ฀Selbstschärfeeffekt  Gutes Haftvermögen der Bindung  Gute Wärmeleitfähigkeit  ausreichend Porenraum  Homogene Verteilung  Chemisch inaktiv gegenüber dem Werkstück Konditionieren

Feinbearbeitung Ziel: Verbesserung der Maß- und Formgenauigkeit sowie Oberflächengüte  Erreichung Toleranzklasse 5 oder besser  Bearbeitung mit geringer Änderung des Randzonengefüges  Kleiner Druck und niedrige Schnittgeschwindigkeit  geringe Werkstückerwärmung Honen Honen ist Spanen mit gebundenen Korn unter ständiger Flächenberührung des Werkzeuges (Honstein). Die Honverfahren werden nach der Hublänge in Langhubhonen und Kurzhubhonen eingeteilt. Langhubhonen  Werkzeug (Honahle) führt Dreh- und Hubbewegung aus  Entstehung sich kreuzender Bearbeitungsriefen (gewollt!)  Umfangsgeschwindigkeit und Axialgeschwindigkeit ergeben Schnittgeschwindigkeit  Auch zur Formkorrektur von Zylinderformfehlern bei Bohrungen anwendbar

Läppen Läppen ist Spanen mit losem, in einer Paste oder Flüssigkeit verteiltem Korn, dem Läppgemisch, das auf einem meist formübertragenden Gegenstück (Läppwerkzeug) bei möglichst ungeordneten Schneidbahnen der einzelnen Körner geführt wird.  Läppkörner sollen möglichst hohen Werkstoffabtrag und gleichmäßige Rauheit erzielen  Korngrößenverteilung sehr homogen:  10 … 30 μm Vorbearbeitung  10 … 5 μm Feinbearbeitung  5 … 0,25 μm Polierläppen  Schneidstoffe sind Diamant, Korund und Siliziumkarbid  Rautiefen kleiner als Rz = 0,05 μm erreichbar! Wasserstrahlschneiden Reiner Wasserstrahl zum Reinigen, Aufrauen, Abtragen oder Schneiden genutzt, hoher Wasserdruck bewirkt hohe Strahlgeschwindigkeit und damit hohe kinetische Energie des Wasserstrahls, Energieinhalt des Wasserstrahles bestimmt Einsatzbereich der Wasserstrahltechnologie.  

Reinigungsaufgaben: geringe Drücke (100 - 500 bar) Schneiden: hohe Wasserdrücke (1.500 - 6.000 bar)  Pappe, Textilien, Schaumstoffe, Gummi, Leder

Wasserabrasivstrahlschneiden Durch eine Beimischung von Feststoffpartikeln zum Wasserstrahl wird ein Schleif-mittelstrahl gebildet. Der Wasserstrahl dient als Trägermedium zur Beschleunigung der Partikel. Der Materialabtrag wird durch die abrasive Wirkung der Feststoffpartikel (i.d.R. Granatsand, für weiche Werkstoffe auch Korund) verursacht:  Injektorstrahlprinzip  Suspensionsstrahlprinzip

Umformen FEHLT VL14!!! 15 17 23 24 30 38 39 41 42 43 Kristallgitterstrukturen bei Metallen

Knetwerkstoffe

Gusswerkstoffe

Viele Gleitmöglichkeiten bedeutet eine höhere Umformbarkeit

Gleitsysteme verschiedener Metalle Anz. kfz = Anz. krz = 12 Trotzdem: kfz idR duktiler als krz Grund: Gleitrichtungen (Anz. d. Freiheitsgrade) höherwertig in die Gleitsysteme

Beginn Gleitprozess: kritische Schubspannung τ 0 Gleitung zuerst in Ebene mit resultierende Schubspannung am größten

Einfachgleiten und Kaltverfestigung Erhöhung Widerstand gegen plastische Verformung Es kommt zur sogenannten „Kaltverfestigung“ Vermeidung bzw. Abbau der Kaltverfestigung: 1.Erholung = therm. bedingter Abbau der Versetzungen 2.Rekristallisation = Kornneubildung  bei Kaltumformung: Zwischenglühen, um bei mehreren Umformschritten die Duktilität zu verbessern und um Kräfte zu verringern.  manche Verfahren Kaltverfestigung zu gewollten Festigkeitssteigerung genutzt (Bsp. Umformung dünner Bleche wie Außenhaut PKW, Getränkedosen) Verfestigungsmechanismen Erhöhung Widerstand gegen plastische Verformung durch: 1. Versetzungen: wenn Versetzungsdichte steigt  2. Korn- und Zwillingsgrenzen: z.B. bei Kornfeinung durch Legieren (mikroleg. Stähle) Anzahl Korngrenzen  Behinderung der Versetzungsbewegungen 3. Im Gitter gelöste Fremdatome: Mischkristallbildung (Substitutions-, Einlagerungs-Mischkristalle)  Gitterverzerrung  Spannungsfelder  Behinderung d. Versetzungsbewegung 4. Als Teilchen ausgeschiedene Fremdatome: Ausscheidung von leg. und unleg. Karbiden  Behinderung der Versetzungsbewegungen Dehngrenze R P = Rmin + ∆R V + ∆RKG + ∆RF + ∆RT

Rmin – Grundfestigkeit Gitter

Entfestigungsmechanismen

Nach der Umformung höhere Energie: elast. Verzerrungsenergie der Versetzungen Abbau der Energie durch Erholung und Rekristallisation Schmelztemperatur von Stahl: ~1500 °C

Abbau der Verfestigung

Abbau Kaltverfestigung durch Rekristallisationsglühen Bessere Umformbarkeit Bruchdehnung A= lmax -l0/ l0 [%]: Maß für die Umformbarkeit

Spannungen Wann und unter welchen Bedingungen fließt der Werkstoff?

Fließspannung

Das Fließspannungsdiagramm ist UNGLEICH dem SpannungsDehnungs-Diagramm! Eine Fließkurve beginnt NIE bei NULL!

Fließhypothesen Fließbedingungen: Beziehungen, die an einem Ort im Werkstück den Übergang zwischen elast. und plast. Verhalten des Werkstoffes bezeichnen und somit den Zusammenhang zwischen kf und einer Vergleichsspannung σv herstellen.

Formänderung

Logarithmische Formänderung

Bezogene Formänderung

Formänderung beim Stauchversuch

Es gilt IMMER die Volumenkonstanz. Der Werkstoff kann nicht verdichtet werden!

Schematische Darstellung von Fließkurven

Fließkurve kf Darstellugn Spannung im einachsigen Spannungszustand notwendig um plastisches Fließen einzuleiten bzw. aufrechtzuerhalten

Formänderungsvermögen/Umformvermögen

Halbzeugfertigung Halbzeuge: vorgefertigte Rohmaterialformen wie Brammen, Bleche, Stangen, Rohre… verbreitetste Lieferform für Metallwerkstoffe, über 1000 Arten Einteilung der Umformverfahren

Typische Prozessketten der Halbzeugfertigung 1. Schritt Metallurgie: z.B. Stahlherstellung 2. Schritt Urformen: Band- und Stranggießen Halbzeuge z.B. Bänder, Profile Kokillenguss: z.B. Vorblöcke für Brammen = Vorformen für Walzprozesse Sandguss: sehr große Bauteile z.B. Schiffskurbelwellen  Freiformschneiden Einteilung der Walzverfahren Mit den Begriffen Quer-, Schräg-und Längswalzen werden die Hauptumformrichtungensowie die Hauptbewegungs-und Lagerichtungenzwischen Werkzeug-und Werkstückachsebeschrieben. Beim Längswalzen bewegt sich das Werkzeug längs, beim Querwalzen querzur Werkstückachse. Beim Schrägwalzen sind die Werkzeugachsen um einen bestimmten Winkel schrägzur Werkstückachseangeordnet. Die Walzendrehen sich beim Längswalzen in entgegengesetzter Richtung, während beim Schrägwalzen der Drehsinn der Walzen gleichist. Die Austrittsrichtung und Austrittsgeschwindigkeit weichen dabei erheblich von der Umfangsrichtung und Umfangsgeschwindigkeit der Walzoberfläche ab.

Weiterverarbeitung von Walzdraht Gleitziehen: Durchziehen durch meist geschlossenes, in Ziehrichtung feststehendes Werkzeug (Ziehring, Matrize) – engster Querschnitt legt entstehende Außenkontur des Werkstücks fest. Walzziehen: Durchziehen durch formgebende Öffnung – gebildet von mind. 2 in Ziehrichtung rotierende Walzen.

Halbzeugherstellung - Rohr Walzprofilieren: Biegen von Bleichstreifen, Bändern, Ringen zwischen Biegewalzen, deren Achse auf Biegeebene liegen, zu Profilen mit gerader oder gekrümmter Längsachse.

Einordnung nahtlose Rohrherstellung

Verfahrensübersicht Durchdrücken Durchdrücken: Druckumformen Werkstück durch teilweises oder vollständiges Hindurchdrücken durch formgebende Werkstücköffnung – Verminderung Querschnitt oder Durchmesser Strangpressen: einfache Profile, oft sehr detaillierte, komplizierte Teile. Meist als Warmumformverfahren.

Freiformen Druckumformen mit translatorisch gegeneinander bewegten Werkzeugen, enthalten Formelemente des Werkstücks nicht oder nur teilweise Geringer Formspeicherungsgrad – Werkstückform entsteht durch Relativbewegung zwischen Werkstück und Werkzeug.

Einordnen Freiformen

Sowohl für Halbzeugherstellung als auch Teilefertigung verwendet

Industrielle Anwendung des Freiformschneidens Anwendungsgebiete: Halbzeugfertigung, Einzel/Kleinserienfertigung großer Teile (Schiffskurbelwellen), wenn formspeichernde Werkzeuge wegen Teilegröße nicht möglich oder teuer sind. Freiformschmiedestücke sind Halbfertigteile mit großem Aufmaß Ausgangsformen sind Gussblöcke sowie gewalztes Halbzeug Nachteile: relativ grobe Toleranzen ( große Bearbeitungszugaben), lange Bearbeitungszeiten (Verzunderung Oberfläche-oxidation), hoher Energiebedarf, …

Blechumformung Typisches Merkmal:

ein Körper wird in zwei Koordinatenrichtungen verändert eine Blechdickenänderung ist nicht beabsichtigt

Blechumformverfahren: Verfahren der 1. Verarbeitungsstufe: Herstellung von Halbzeugen wie Rohre, Bleche, Bänder: Biegen Scherschneiden Verfahren der 2. Verarbeitungsstufe: Weiterverarbeitung der Halbzeuge zu Bauteilen z.B. durch Tiefziehen, Streckziehen, Drücken, Innenhochdruckumformen, etc.

Einteilung der Umformverfahren nach DIN 8580

Alle Umformverfahren haben folgende Einteilungskriterien: Art der auftretenden mechanischen Spannugnen in Umformzone: Druckumformen, Zugdruckumformen, Zugumformen, Biegeumformen, Schubumformen Auftretende Temperaturen: Kaltumformung, Halbwarmumformung, Warmumformung Eingesetzte Werkstückart/Halbzeug: Blechumformung (Blechteil), Massivumformung (Massivteil) Werkzeugart: Formspeichernde Werkzeuge, Werkzeuge mit geringem Formspeichergrad

Definition Biegen Biegen: örtliches Ändern der Werkstückkrümmung an Biegelinie durch ein Moment, das an Innenseite zu Druck- und an Außenseite zu Zugspannungen führt Äußerer Bereich: plastische Formänderung Kern: elastische Formänderung Wegfallen Belastungsmoment: teilw. Abbau der elastischen Formänderung  Rückfederung Unterteilung in Verfahren mit und ohne drehende Werkzeugbewegung

Einteilung der Biegeverfahren

Spannungs- und Dehnungsverteilung im Querschnitt beim Biegen

S. 17 V17

Rückfederung beim Biegen

Randverformung beim Biegen

Definition Tiefziehen Tiefziehen: Zug-Druck-Umformen eines Blechzuschnitts zu einem Hohlkörper bzw. bei Hohlkörpers Verringerung Umfang ohne beabsichtigte Veränderung der Blechdicke

Einordnung Tiefziehen Einteilungskriterien: Art der mechanischen Spannungen in Umformzone (Zugdruckumformen) Auftretenden Temperaturen (Kaltumformung) (Ausnahme: Blechwarmumformverfahren Presshärten) Eingesetzte Werkstückart/Halbzeug (Blechumformung  Blechteil) Werkzeugart (formspeichernde Werkzeuge) Unterteilung in drei Bereiche: Tiefziehen mit Formwerkzeug (Ziehring, Stempel und Blechhalter) Tiefziehen mit Wirkmedien (Gase, Flüssigk...