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1. Einführung, Fertigungsverfahren, Fertigungssysteme 1.1. Nennen Sie die Einteilung der Fertigungsverfahren nach DIN 8580?

1.2. Welcher übergeordnete Gedanke liegt dieser Einteilung zugrunde? Die Einteilung der Fertigungsverfahren in Hauptgruppen basiert auf der Tatsache, dass diese entweder die Schaffung einer Ausgangsform (Urform) aus formlosem Stoff, die Veränderung der Form oder die Veränderung der Stoffeigenschaften zum Ziel haben. Bei der Veränderung der Form wird der Zusammenhalt entweder beibehalten, vermindert oder vermehrt. 1.3. Nennen Sie mindestens 3 Untergruppen der Hauptgruppe Urformen und geben Sie jeweils ein Verfahrensbeispiel an. Urformen ist Fertigen eines festen Körpers aus formlosem Stoff durch Schaffen des Zusammenhaltes. Hierbei treten die Stoffeigenschaften des Werkstückes bestimmbar in Erscheinung. Gruppe 1.1 Urformen aus dem flüssigen Zustand Gruppe 1.2 Urformen aus dem plastischen Zustand Gruppe 1.3 Urformen aus dem breiigen Zustand Gruppe 1.4 Urformen aus dem körnigen oder pulverförmigen Zustand Gruppe 1.5 Urformen aus dem span- oder faserförmigen Zustand Gruppe 1.8 Urformen aus dem gas- oder dampfförmigen Zustand Gruppe 1.9 Urformen aus dem ionisierten Zustand

Schwerkraftgießen, Druckgießen, Niederdruckgießen, Schleudergießen Spritzgießen, Spritzpressen, Extrudieren, Blasformen, Modellieren Gießen von Beton, Additive Fertigungsverfahren, Schlickerguss Pressen, Sandformen, Urformen durch thermisches Spritzen Herstellung von Spanplatten, Herstellung von Papier und Pappe Abschneiden aus der Dampfphase in eine Form Galvanoplastik, Elektrolytisches Abschneiden in einer Form

1.4. Nennen Sie die 5 Untergruppen der Hauptgruppe Umformen und geben Sie jeweils ein Verfahrensbeispiel an. Umformen ist Fertigen durch bildsames (plastisches) Ändern der Form eines festen Körpers. Dabei werden sowohl die Masse als auch der Zusammenhalt beibehalten. Gruppe 2.1 Druckumformen Gruppe 2.2 Zugdruckumformen Gruppe 2.3 Zugumformen Gruppe 2.4 Biegeumformen Gruppe 2.5 Schubumformen

Walzen, Freiformen Tiefziehen, Innenhochdruckumformen, Kragenziehen Längen (z.B. Verlängern von Stäben), Weiten, Tiefen Freies Biegen, Biegeumformen mit gradliniger Werkzeugbewegung, Biegeumformen mit drehender Werkzeugbewegung Verdrehen, Verschieben

1.5. Nennen Sie die 6 Untergruppen der Hauptgruppe Trennen und geben Sie jeweils ein Verfahrensbeispiel an. Trennen ist Fertigen durch Aufheben des Zusammenhaltens von Körpern, wobei der Zusammenhalt teilweise oder im Ganzen vermindert wird. Gruppe 3.1 Zerteilen Gruppe 3.2 Spanen mit geometrisch bestimmten Schneiden Gruppe 3.3 Spanen mit geometrisch unbestimmten Schneiden Gruppe 3.4 Abtragen Gruppe 3.5 Zerlegen Gruppe 3.6 Reinigen

Stanzen Drehen, Fräsen, Bohren Schleifen Brennschneiden, Plasma-Schmelzschneiden Ablöten Teilereinigung, Ultraschallreinigung

1.6. Nennen Sie mindestens 3 Untergruppen der Hauptgruppe Fügen und geben Sie jeweils ein Verfahrensbeispiel an. Fügen ist auf Dauer angelegtes Verbinden oder sonstiges Zusammenbringen von zwei oder mehreren Werkstücken geometrisch bestimmter fester Form oder von eben solchen Werkstücken mit formlosem Stoff. Dabei wird der Zusammenhalt örtlich geschaffen und im Ganzen vermehrt.

Gruppe 4.1 Zusammensetzen Gruppe 4.2 Füllen Gruppe 4.3 An- und Einpressen Gruppe 4.4 Fügen durch Urformen Gruppe 4.5 Fügen durch Umformen Gruppe 4.6 Fügen durch Schweißen Gruppe 4.7 Fügen durch Löten Gruppe 4.8 Kleben Gruppe 4.9 Textiles Fügen

Einsetzen Imprägnieren Pressverbindungen mit Überbemaßung, Schrauben, Nageln Verfahren des Urformens: Gießen Verfahren des Umformens: Falzen, Biegen, Nieten Fügen unter Einfluss von Wärme und/oder Druck. Werkstücke an den Fügestellen aufgeschmolzen Fügen durch Schmelzen von Lot. Die Fügestellen werden erwärmt, aber nicht geschmolzen. Mit Klebstoff fügen Weben, Stricken, Nähen

1.7. Nennen Sie mindestens 3 Untergruppen der Hauptgruppe Beschichten und geben Sie jeweils ein Verfahrensbeispiel an. Beschichten ist Fertigen durch Aufbringen einer fest haftenden Schicht aus formlosem Stoff auf ein Werkstück. Maßgebend ist der unmittelbar vor dem Beschichten herrschende Zustand des Beschichtungsstoffes. Gruppe 5.1 Beschichten aus dem flüssigen Zustand Gruppe 5.2 Beschichten aus dem plastischen Zustand Gruppe 5.3 Beschichten aus dem breiigen Zustand Gruppe 5.4 Beschichten aus dem körnigen oder pulverförmigen Zustand Gruppe 5.6 Beschichten durch Schweißen Gruppe 5.7 Beschichten durch Löten Gruppe 5.8 Beschichten aus dem gas- oder dampfförmigen Zustand Gruppe 5.9 Beschichten aus dem ionisierten Zustand

Lackieren Sputtern Schmelztauchverfahren Pulverbeschichten Schmelzauftragsschweißung Weichauftragslöten Flammgrundieren Oxidschichten

1.8. Nennen (skizzieren) Sie die Untersysteme eines Fertigungssystems.

1.9. Nennen (skizzieren) Sie die Einsatzbereiche verschiedener Fertigungskonzepte hinsichtlich der Größen „Produktivität“ und „Flexibilität“.

1.10. Nennen Sie mindestens drei Merkmale der Fertigungskonzepte „Flexible Fertigungszelle“, „Flexibles Fertigungsnetz“, „Flexible Fertigungslinie“ und „Transferstraße“. Flexible Fertigungszelle Mehrere Fertigungsmittel in Standard- oder Sonderbauweise mit einer einzigen automatisierten Werkstückwechseleinrichtung. An mehr als zwei unterschiedlichen Werkstücken kann mehr als ein Arbeitsgang automatisch ohne Eingriff zum Umrüsten ausgeführt werden. Integration automatischer Mess- und Überwachungssysteme. Steuerung über einen Zentralrechner. Min. 3 CNC gesteuerte Achsen. Min. 2 unterschiedliche Fertigungsverfahren.

• • • • • •

Flexibles Fertigungsnetz Mehrere automatisierte sich ergänzende und sich ersetzende Fertigungsmittel in Universal- oder Sonderbauart. Verknüpfung der Fertigungsmittel durch ein netzartiges automatisiertes Werkstückflusssystem. Simultanbearbeitung von Werkstücken bei Anpassung an die Bearbeitungsanforderungen und Maschinenbelegung.

• • •

Flexible Fertigungslinie Mehrere automatisierte sich ergänzende Fertigungsmittel. Verknüpfung der Fertigungsmittel über ein automatisiertes Werkstückflusssystem nach dem Linienprinzip. Möglichkeit der simultanen oder sequenziellen Bearbeitung unterschiedlicher Werkstücke bei einem Durchlauf auf dem gleichen Pfad. Ausgleichsmöglichkeit von Rüstzeiten oder Störungen durch Puffer.

• • • •

Transferstraße Mehrere automatisierte sich ergänzende Fertigungsmittel nach dem Linienprinzip angeordnet. Taktung des Durchlaufs zwischen den Bearbeitungsstationen. Optimaler Materialfluss und hohe Produktivität gegenüber anderen flexiblen Fertigungssystemen. Einschränkung der Flexibilität durch einen hohen Umrüstaufwand, daher überwiegend Sondermaschinen.

• • • •

1.11. Sie wollen ein rotationssymmetrisches Bauteil an der Umfangsseite bearbeiten. Dabei soll der Durchmesser von d1 auf d2 verkleinert werden. Welches Fertigungsverfahren werden Sie einsetzen, wenn keine Genauigkeitsangaben vorgegeben sind und das Werkst ück aus St 50 besteht? Drehen 1.12. Sie wollen an einem würfelförmigen Werkstück aus St 50 eine plane Fläche an der Oberseite erzeugen. Die Höhe des Werkstücks verringert sich dabei von h1 auf h2. Welche Fertigungsverfahren lassen sich dafür einsetzen, wenn keine Genauigkeitsangaben vorgegeben sind? Worin liegen die Unterschiede? Walzen Spanen

Zerdrückt das Material. Oberfläche wird vergrößert Entfernt Material

1.13. Nennen Sie drei Fertigungsverfahren, die bei der Herstellung eines Motorblocks für PKW zur Anwendung kommen und beschreiben Sie die Fertigungsaufgabe. Gießen (Form schaffen), Schleifen (Oberfläche anpassen), Bohren (Löcher hinzufügen)

2. Fertigungsgenauigkeit 2.1. Definieren Sie die Begriffe „Genauigkeit“ und „Qualität“. Genauigkeit: Qualitativer Begriff für das Ausmaß einer Annährung von Ermitteltem auf Bezogenes. Qualität: Beschaffenheit einer Einheit bezüglich ihrer Eignung, festgelegte und vorausgesetzte Erfordernisse zu erfüllen. 2.2. Nennen Sie die 4 systembedingten Ungenauigkeiten in der Fertigung und geben Sie jeweils ein Beispiel an. Maschinen- und verfahrensbedingte Einflussfaktoren Werkzeugbedingte Einflussfaktoren Werkstückbedingte Einflussfaktoren Umweltbedingte Einflussfaktoren

Unterschiedliche Funktionstoleranz der Maschinenelemente Werkzeugverschleiß und Verschleißfolgewirksamkeit Gefügestruktur und Stoffeigenschaften Temperatur und Feuchtigkeit

2.3. Nennen Sie mindestens 4 Voraussetzungen für eine qualitätsorientierte Fertigung. • • • •

Fertigungs- und prüfgerechte Dokumentation. Eindeutige Angaben über Funktionsmaße. Die gefertigten Teile müssen in Hinblick auf die Angaben eindeutig geprüft werden. Die Konstruktionsteile müssen vorgabengetreu gefertigt werden.

2.4. Nennen (skizzieren) Sie die allgemeine Unterteilung von Fehlern und deren Kurzbeschreibung. Ordnen Sie die Begriffe „Unrichtigkeit“, „Unsicherheit“ und „Ungenauigkeit“ zu.

2.5. Nennen (skizzieren) Sie die allgemeine Unterteilung der Werkstückqualität.

2.6. Erläutern Sie die Begriffe „Maßgenauigkeit“, „Formgenauigkeit“, „Lagegenauigkeit“ und „Oberflächengüte“. Siehe Frage 2.5 2.7. Nennen Sie die ersten 3 Ordnungen der Gestaltabweichung und geben Sie jeweils ein Beispiel für deren Ursache und Art der Abweichung an. 1. Ordnung: Formabweichung 2. Ordnung: Welligkeit 3. Ordnung: Rauheit

Fehler in der Führung der Werkzeugmaschine Form- oder Laufabweichung eines Fräsers Form der Werkzeuge

2.8. Nennen (skizzieren) Sie die geometrischen Abweichungen bei Bohrungen.

2.9. Nennen Sie erreichbare Rautiefen für die Fertigungsverfahren „Drehen“, „Bohren“ und „Läppen“. Drehen Bohren Läppen

4 – 63 µm 40 – 160 µm 0,25 – 16 µm

2.10. Beschreiben (skizzieren) Sie die allgemeine Herleitung der Materialanteilkurve und nennen Sie die technische Bedeutung.

Aus einer Materialanteilkurve lassen sich die Profilformen mit den Rauheitstiefen für verschiedene Fertigungsverfahren ermitteln. 2.11. Nennen Sie die Unterteilung der Systematik der Werkstückeigenschaften und geben Sie jeweils ein Beispiel an. Physikalische Eigenschaften Chemische/ Elektrochemische Eigenschaften Mechanische Eigenschaften Technologische Eigenschaften Systemeigenschaften

Struktureigenschaften Chemische Bindung Härte Umformbarkeit Korrosionsbeständigkeit

2.12. Nennen (Skizzieren) Sie die Fehlerkette der Maschinenungenauigkeit.

2.13. Nennen Sie 5 Ursachen für „Statische Störeinflüsse“ auf Werkzeugmaschinen und geben Sie mindestens eine Gegenmaßnahme an. Ursachen: • • • • •

Eigenspannungen Eigenkräfte Klemmkräfte Reibungskräfte Beschleunigungskräfte

Gegenmaßnahmen: •

Verringerung der auftretenden Belastungen (Kräfte)

2.14. Nennen Sie die 2 Ursachen für „Dynamische Störeinflüsse“ auf Werkzeugmaschinen und geben Sie mindestens zwei Gegenmaßnahmen an Ursachen: • •

Fremderregte (freie oder erzwungene) Schwingungen Selbsterregte Schwingungen

Gegenmaßnahmen: • • • •

Erhöhung der statischen Steifigkeit Erhöhung der Systemdämpfung Einsatz von Schwingungstilgern Einsatz von aktiven und passiven Dämpfern

3. Urformen 3.1. Nennen Sie die Untergruppen der Hauptgruppe Urformen und geben Sie jeweils ein Verfahrensbeispiel an. Siehe Frage 1.3 3.2. Nennen Sie die ersten 4 allgemeinen Prozessschritte beim Metall-Gießen und geben Sie jeweils eine Erläuterung an. • • • •

Formstoffe: Stoffe werden aufbereitet (Körnige Grundsubstanz, Binder, Zusatzstoffe) Formverfahren: Modelleinrichtung. Wahl zwischen Dauermodellen (z.B. aus Metall, Kunststoff, Holz, Gips) oder verlorenen Modellen (z.B aus Wachs oder Kunststoff) Gießform: Dauerform aus Metall, Graphit, Keramik Gießverfahren: Wahl zwischen statischen Guss (Schwerkraft- oder Standguss) oder dynamischen Guss (z.B Schleuderguss und Druckguss)

3.3. Nennen Sie mindestens 5 Vorteile des Metall-Gießens. • • • • • • •

Freie Gestaltungsmöglichkeiten mit funktional optimal ausgelegten Bauteilkonturen Ermöglicht komplexe dreidimensionale Innenstrukturen Große Werkstoffvielfalt Nahezu unbegrenzt anwendbar hinsichtlich Größe und Wanddicke Werkstückeigenschaften unabhängig von Richtungstexturen Wirtschaftlichkeit gegenüber anderen Fertigungsverfahren Geeignet für die Einzelfertigung und Großserien

3.4. Nennen (skizzieren) Sie die Verfahrensvarianten des Metall-Gießens und geben Sie jeweils ein Verfahrensbeispiel an.

3.5. Nennen (skizzieren) Sie die Einteilung der Metall-Guss Werkstoffe und geben Sie jeweils ein Werkstoffbeispiel an.

3.6. Nennen Sie die Verfahrensschritte beim Feingießen und teilen Sie das Verfahren hinsichtlich des Modells und der Gießform ein. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Spritzen der Wachsmodelle Aufbau zu Gießtraube Tauchen in einer keramischen Schlickermasse Besanden mit feuerfestem Material Gießform mehrmals Schlickern und Besanden Ausschmelzen der Wachslinge und Brennen der Gießform a) offenes Abgießen der Form b) Vakuumgießen Mechanische Zerstörung der Form Abtrennen der Gießteile

Es handelt sich um ein verlorenes Modell und um eine verlorene Form 3.7. Nennen Sie mindesten 5 Gestaltungsrichtlinien am Beispiel einer Gußkonstruktion. • • • • • • •

Zugspannungen verhindern, stattdessen Druckspannungen provozieren Ungünstige Geometrie führt bei Werkstoffen mit höherer Druck- als Zugfestigkeit zu Zugspannungen Unnötige Materialanhäufung birgt Lunkergefahr Werkzeugbearbeitungsgeometrie beachten Sternverrippung führt zu unerwünschter Materialanhäufung Beanspruchungsgerechte Lage von Versteifungsrippen berücksichtigen Versetzte Verrippungen verhindern Materialanhäufung

3.8. Nennen (skizzieren) Sie die Einteilung der Kunststoffe und geben Sie jeweils ein Werkstoffbeispiel an.

3.9. Nennen und erläutern Sie die drei Prozessschritte beim Spritzgießen. 1. 2. 3.

Plastifizieren und Dosieren: Schließen des Werkzeugs, Einziehen des Granulats, Schmelzen und homogenisieren Einspritzen: Anfahren an das Werkzeug, Einspritzzyklus Nachrücken, Abkühlen, Entformen und Abwerfen: Rückzug von Zylinder und Schnecke, Öffnen des Werkzeugs, Entformung des Werkstücks

3.10. Erläutern Sie die wesentlichen Unterschiede der Verfahren Spritzgießen und Extrudieren. Beim Spitzgießen können Bauteile mit komplizierter Geometrie hergestellt werden. Beim Extruder ist eine gewisse Symmetrie notwendig. 3.11. Definieren Sie Rapid Prototyping und nennen (skizzieren) Sie die allgemeine Technologie (Prozesskette). Rapid Prototyping: Automatisierter Prozess zum schichtweisen Aufbau von dreidimensionalen Werkstücken aus Inkrementen von Material direkt aus einem 3D-CAD-Datensatz ohne beuteilspezifische Werkzeuge.

3.12. Nennen Sie vier allgemeine Vorteile des Rapid Prototypings. • • • • • • •

Lokale Schaffung von Werkstoffzusammenhalt Direkte Schichtengenerierung aus rechnerinterner Darstellung Keine NC-Programmierung notwendig Keine Kollision von Werkzeugen möglich Große Werkstoffvielfalt Geometrien beliebiger Komplexität sind prinzipiell herstellbar Werkstückeigenschaften unabhängig von Richtungsstrukturen

3.13. Nennen Sie drei Verfahren des Rapid Prototypings. • • • •

Selektive Laser SIntering (SLS) 3D-Printing (3DP) Selective Laser Melting (SLM) Stereo Lithographie (SL)

3.14. Nennen (Skizzieren) Sie die allgemeine Technologie (Prozesskette) der Pulvermetallurgie und geben Sie für jeden Schritt ein Beispiel an.

3.15. Nennen Sie drei Vorteile der Pulvermetallurgie. Erläutern Sie den Begriff „Pseudolegierung“. • • • • •

Herstellung von Pseudolegierungen aus Pulvergemischen, deren Komponenten im flüssigen Zustand schlecht mischbar sind Verarbeitung hochschmelzender Metalle Ausnutzung besonderer pulvermetallurgischer Eigenschaften wie Porosität Hohe Maßhaltigkeit und Fertigformnähe Hohe Wirtschaftlichkeit bei hohen Stückzahlen, Energie- und Materialeinsparung gegenüber alternativen Verfahren

3.16. Nennen und erläutern Sie die Prozessschritte beim Sintern. 1. 2. 3. 4.

Mischen: Metallpulver mit weiteren Legierungselementen vermischen Pulverpressen: Das Pulvergemisch wird in eine Form gegeben und durch Druck verdichtet. Ein Grünling entsteht Sintern: Die Legierungselemente werden unterhalb des Schmelzpunktes gebracht, wodurch sich die Pulverpartikel aufgrund der Diffusion verbinden. Kalibrieren und Prägen: Das Werkstück wird erhitzt, um die Dichte zu erhöhen und die Härte zu erhöhen

3.17. Nennen Sie besondere Eigenschaften und Beispiele von Sinterteilen. Beispiele: • • •

Filter und Dämpferelemente aus Bronze und Edelstahl Ölpumpen Bremsbacken

Eigenschaften: • • • •

Keine Bearbeitungsabfälle Keine Zusätzliche Bearbeitung Große Auswahl an Werkstoffen Hohe Genauigkeit bei großer Stückzahl

3.18. Wovon hängt die Dichte eines nach dem Verfahren der Pulvermetallurgie hergestellten Teiles wesentlich ab? Von der gewählten Temperatur.

4. Umformen, Zerteilen 4.1 Nennen Sie die Untergruppen der Hauptgruppe Umformen und geben Sie jeweils ein Verfahrensbeispiel an. Siehe Frage 1.4 4.2. Nach welcher Systematik werden die Untergruppen beim Umformen eingeteilt? Sie werden nach der Art der Beanspruchung unterteilt 4.3. Benennen Sie die drei Temperaturbereiche beim Umformen und geben Sie deren ungefähren Temperaturen bei der Stahlumformung an. Stahl

warm 950- 1200 °C

Halb warm 680- 800 °C

kalt 20 °C

4.4. Erläutern Sie das Warm-, Halbwarm- und Kaltumformen hinsichtlich der Werkstückmassen, des Umformvermögens und der spanenden Nacharbeit. Werkstückmasse Umformvermögen Spanende Nacharbeit

warm 0,05 bis 1500 kg ϕ≤6 hoch

Halb warm 0,001 bis 50 kg ϕ≤4 gering

kalt 0,001 bis 30 kg ϕ ≤ 1,6 Sehr gering

4.5. Beschreiben Sie das Verfahren Tiefziehen und erläutern Sie die Funktion des Niederhalters. Tiefziehen ist Zugdruckumformen eines Blechzuschnittes zu einem Hohlkörper oder Zugdruckumformen eines Hohlkörpers zu einem Hohlkörper mit einem kleineren Umfang ohne beabsichtigte Veränderung der Blechdicke. Der Niederhalter sorgt dafür, dass man Flanschen formen kann. Niederhalter vermeiden die Faltenbidung 4.6. Nennen und erläutern Sie drei Versagensarten beim Tiefziehen. • • • •

Falten 1. Art: Im Ziehteilflansch aufgrund geringer Niederhalterkraft Falten 2. Art: In der Ziehteilzarge in Bereichen mit tangentialen Druckspannungen Reißer: Bei zu hoher Ziehkraft übersteigen Zugspannungen die Zugfestigkeit des Werkstücks Rückfederung: Hervorgerufen durch die mit plastischer Umformung einhergehenden elastischen Dehnunganteile

4.7. Erläutern Sie das Verfahren des Hydromechanischen Tiefziehens und vergleichen Sie die Eigenschaften der Bauteile mit dem Tiefziehen.

Beim hydromechanischen Tiefziehen gibt es keinen Ziehring. Unter dem Werkstück befindet sich ein Druckmedium (Wasser, Öl) Im Vergleich zum normalen Tiefziehen günstigerer Spannungszustand im Ziehteil. Dadurch höhere Form- und Maßgenauigkeiten und gleichmäßigere Blechdickenverläufe 4.8. Erläutern Sie den Begriff „Wirkmedienbasiertes Umformen“ und geben Sie zwei Verfahrensbeispiele an.

5. Trennen 5.1 Nennen Sie die Untergruppen der Hauptgruppe Trennen und geben Sie jeweils ein Verfahrensbeispiel an. Siehe Frage 1.5 5.2. Definieren und erläutern Sie „Trennen“ und „Spanen“. Trennen ist Fertigen durch Ändern der Form eines festen Körpers, wobei der Zusammenhalt örtlich aufgehoben, das heißt, im Sinne des Zusammenhalts im Ganzen vermindert wird. Merkmale: • • •

Ausgangszustand ist ein geometrisch bestimmter fester Körper Endform ist in der Ausgangsform enthalten Zerlegen zusammengesetzter Körper wird dazugerechnet

Spanen ist Trennen, bei dem von einem Werkstück mit Hilfe der Schneiden eines Werkzeuges Werkstoffschichten in Form von Spänen zur...