Schleifen von Mikrostrukturen in sprödharten Werkstoffen:
Gespeichert in:
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Format: | Buch |
Sprache: | German |
Veröffentlicht: |
Essen
Vulkan-Verl.
2002
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Schriftenreihe: | Schriftenreihe des IWF
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Schlagworte: | |
Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
Beschreibung: | Zugl.: Braunschweig, Techn. Univ., Diss., 2002 |
Beschreibung: | 158 S. Ill. : 21 cm |
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- SAA
SCHLEIFEN VON MIKROSTRUKTUREN IN SPRODHARTEN WERKSTOFFEN
VON DER GEMEINSAMEN FAKULTAET FUER MASCHINENBAU UND ELEKTROTECHNIK DER
TECHNISCHEN UNIVERSITAET CAROLO-WILHELMINA ZU BRAUNSCHWEIG
ZUR ERLANGUNG DER WUERDE
EINES DOKTOR-INGENIEURS (DR.-ING.)
GENEHMIGTE DISSERTATION
VON
DIPL.-ING. ANDREAS WENDA
AUS BERLIN
EINGEREICHT AM: MUENDLICHE PUEFUNG AM: BERICHTERSTATTER:
MITBERICHTERSTATTER: VORSITZENDER:
28. JANUAR 2002 30. APRIL 2002
PROF. DR.-ING. DR. H.C. J. HESSELBACH PROF. DR.-ING. HABIL. E.
BRINKSMEIER PROF. DR.-ING. J. WOHLFAHRT
2002
IMAGE 2
INHALT
ABBILDUNGSVERZEICHNIS 7
TABELLENVERZEICHNIS 11
FORMELZEICHEN UND ABKUERZUNGEN 12
1 EINLEITUNG UND PROBLEMSTELLUNG 15
2 STAND DER ERKENNTNISSE 19
2.1 MIKROSTRUKTUREN 19
2.2 FERTIGUNGSTECHNOLOGIEN FUER MIKROBAUTEILE UND -STRUKTUREN AUS SPROEDEN
UND HARTEN WERKSTOFFEN 21
2.3 SPANENDE FERTIGUNG VON MIKROBAUTEILEN UND -STRUKTUREN 27 2.4
SCHLEIFEN SPROEDHARTER WERKSTOFFE 29
2.5 WERKZEUGMASCHINEN ZUR MIKROSTRUKTURIERUNG VON SPROEDEN UND HARTEN
WERKSTOFFEN DURCH SCHLEIFEN 35
2.6 QUALITAETSKENNGROESSEN UND DEREN BESTIMMUNG BEIM MIKROSCHLEIFEN 38 2.7
ZERSPANUNGSMECHANISMEN UND OBERFLAECHENAUSBILDUNG 40 2.8 FAZIT ZUM STAND
DER ERKENNTNISSE 42
3 ZIELSETZUNG 45
4 DER MIKROSCHLEIFPROZESS 47
4.1 STRUKTUREN UND ABMESSUNGEN 47
4.2 MIKROSCHLEIFWERKZEUGE 47
4.3 VERSUCHSMASCHINE ZUM MIKROSCHLEIFEN 53
4.3.1 ARBEITSSPINDELN 54
4.3.2 MASCHINEN- UND PROZESSMESSTECHNIK 57
4.4 KINEMATIK UND PROZESSKENNGROESSEN 65
4.5 EIGENSCHAFTEN DER VERSUCHSWERKSTOFFE 72
4.6 UNTERSUCHUNGEN ZUM DUKTILEN SCHLEIFEN DER VERSUCHSWERKSTOFFE 75
4.6.1 DUKTILES SCHLEIFEN VON EINKRISTALLINEM SILIZIUM 76
4.6.2 DUKTILES SCHLEIFEN VON PYREX GLAS 84
4.6.3 DUKTILES SCHLEIFEN VON ALUMINIUMOXID 89
4.6.4 DUKTILES SCHLEIFEN VON HARTMETALL 91
4.6.5 GRENZSPANDICKE FUER DAS DUKTILE SCHLEIFEN DER VERSUCHSWERKSTOFFE
..91
IMAGE 3
5 TECHNOLOGISCHE UNTERSUCHUNGEN ZUM MIKROSCHLEIFEN VON
SILIZIUM, ALUMINIUMOXID, PYREX GLAS UND HARTMETALL 93
5.1 UMFANGSSCHLEIFEN MIT DICING BLADES 93
5.1.1 WERKZEUGVORBEREITUNG UND EINSATZ 93
5.1.2 EINFLUSS DER DIAMANTKORNGROESSE AUF DIE OBERFLAECHENRAUHEIT UND DIE
KANTENAUSBRUECHE 94
5.1.3 EINFLUSS DER STELLGROESSEN UND DER SCHLEIFSCHEIBENSPEZIFIKATION BEIM
DUKTILEN SCHLEIFEN 96
5.1.4 PROZESSKRAEFTE UND PROZESSTEMPERATUREN BEIM SCHLEIFEN MIT
MIKROSCHLEIFSCHEIBEN 100
5.1.5 ERZIELBARE WERKZEUGSTANDWEGE FUER DIE VERSUCHSWERKSTOFFE 109 5.1.6
MINIMALE STRUKTUREN BEIM MIKROSCHLEIFEN MIT OPTIMALEN VERSUCHSPARAMETERN
UND RANDBEDINGUNGEN 111
5.1.7 VERSCHLEISSVERHALTEN VON MIKROSCHLEIFSCHEIBEN 113 5.1.8 ENTWICKLUNG
UND ERPROBUNG EINER PROFILIEREINRICHTUNG FUER MIKROSCHLEIFSCHEIBEN 114
5.2 SCHLEIFEN MIT MINIATUR-SCHLEIFSTIFTEN 118
5.2.1 VERGLEICH GALVANISCH GEBUNDENER- UND CVD-DIAMANTSCHLEIFSTIFTE 118
5.2.2 ERREICHBARE ZEITSPANUNGSVOLUMINA UND STANDWEGE FUER DIE
VERSUCHSWERKSTOFFE 119
5.2.3 MINIMALE STRUKTUREN BEIM MIKROSCHLEIFEN MIT SCHLEIFSTIFTEN 124
5.2.4 VERSCHLEISS KONVENTIONELLER- UND CVD-DIAMANTSCHLEIFSTIFTE 125 5.2.5
OPTIMIERUNG DER SCHLEIFSTIFTGEOMETRIE 127
5.3 BOHRUNGSSCHLEIFEN MIT HOHLSCHLEIFSTIFTEN 131
5.3.1 EINFLUSS VON MASCHINENSTELLGROESSEN 132
5.3.2 STANDWEGE BEIM BOHRUNGSSCHLEIFEN 134
5.3.3 TECHNOLOGIEOPTIMIERUNG 135
6 TECHNOLOGIEMATRIX ZUM MIKROSCHLEIFEN 138
7 ZUSAMMENFASSUNG 141
8 LITERATUR 145
9 ANHANG 156
9.1 PROFILIERVERSUCHSSTAND 156
9.2 MESSMITTEL 156
9.3 BERECHNUNGEN 158
IMAGE 4
ABBILDUNGSVERZEICHNIS
BILD 1: NATUERLICHE MIKROSTRUKTURIERTE OBERFLAECHEN [11] 19
BILD 2: MIKROSTRUKTURIERTE OBERFLAECHEN FUER OPTISCHE ANWENDUNGEN [12, 13]
..20
BILD 3: MIKROSTRUKTUREN FUER MECHANISCHE, FLUIDISCHE UND
FEINWERKTECHNISCHE ANWENDUNGEN 21
BILD 4: FERTIGUNGSVERFAHREN ZUR MIKROSTRUKTURIERUNG SPROEDER UND HARTER
WERKSTOFFE [26, 33, 82] 22
BILD 5: VERFAHREN UND STRUKTURBEISPIELE DER SILIZIUMMIKROMECHANIK 23
BILD 6: EINSATZBEISPIELE DER LASERSTRAHLBEARBEITUNG IN DER MIKROTECHNIK
[21] 25
BILD 7: TYPISCHE BAUTEILE UND STRUKTUREN DER MIKRO-FUNKENEROSION 26
BILD 8: SPROEDE UND HARTE MIKROTECHNISCHE WERKSTOFFE 29
BILD 9: FERTIGUNGSPROZESS FUER HALBLEITERBAUELEMENTE 30
BILD 10: SCHLEIFVERFAHREN ZUR MIKROSTRUKTURIERUNG SPROEDHARTER WERKSTOFFE
31
BILD 11: DICING-TECHNOLOGIE ZUR FERTIGUNG OFFENER MIKROSTRUKTUREN [70,
71] ..33
BILD 12: PROFILSCHLEIFEN MIKROTECHNISCHER WERKSTOFFE [81, 83] 35
BILD 13: WERKZEUGMASCHINEN ZUM MIKROSCHLEIFEN 36
BILD 14: QUALITAETSASPEKTE VON MIKROSTRUKTUREN IN SPROEDEN UND HARTEN
WERKSTOFFEN 38
BILD 15: ALLGEMEINE ZERSPANUNGSMECHANISMEN BEIM SCHLEIFEN SPROEDHARTER
WERKSTOFFE 41
BILD 16: STRUKTURBEISPIELE UND BAUTEILABMESSUNGEN BEIM MIKROSCHLEIFEN 47
BILD 17: MIKROSCHLEIFSCHEIBEN 48
BILD 18: MIKROSCHLEIFSTIFTE (DURCHMESSER 0,5 MM) - EINGESETZTE
SPEZIFIKATIONEN 52
BILDL9:MIKROHOHLSCHLEIFSTIFTE 53
BILD 20: MIKROWERKZEUGMASCHINE DER FIRMA PRIMACON MASCHINENBAU GMBH 53
BILD 21: SPINDELSYSTEME - SCHNITTGESCHWINDIGKEITSBEREICHE BEIM
MIKROSCHLEIFEN 54
IMAGE 5
8
BILD 22:3D-MODELL DER HOCHFREQUENZSPINDEL MIT WERKZEUGAUFNAHMEN
FUER DIE BERECHNUNG DER BIEGEKRITISCHEN DREHZAHL 55
BILD 23: MASCHINENMESSTECHNIK ZUR BESTIMMUNG DER WERKSTUECKPOSITION 58
BILD 24: MASCHINENMESSECHNIK ZUR BESTIMMUNG DER WERKZEUGGEOMETRIE 59
BILD 25: KORRELATION VON AE- UND PROZESSKRAFTMESSUNG BEIM MIKROSCHLEIFEN
..60
BILD 26: TEMPERATURMESSUNG MITTELS INFRAROTKAMERA 61
BILD 27: MESSUNG DER OBERFLAECHENRAUHEIT GESCHLIFFENER MIKROBAUTEILE 62
BILD 28: EINGESETZTE METHODEN DER RANDZONENUNTERSUCHUNG: A)
ROENTGENDIFFRAKTOMETRIE, B) ORIENTIERUNGSABBILDENDE
RASTERELEKTRONENMIKROSKOPIE, C) REM-AUFNAHMEN 63
BILD 29: AUFNAHME UND AUSWERTUNG DER KANTENAUSBRUECHE BEIM MIKROSCHLEIFEN
64
BILD 30: KINEMATIK UND PROZESSKENNGROESSEN BEIM MIKROSCHLEIFEN MIT
UMFANGSSCHLEIFSCHEIBEN 69
BILD 31: ALLGEMEINE RICHTLINIEN ZUR EINSTELLUNG VON DICING-PROZESSEN 69
BILD 32: KINEMATIK UND PROZESSKENNGROESSEN BEIM MIKROSCHLEIFEN MIT
SCHAFTWERKZEUGEN 70
BILD 33: DEFINITION DES DUKTILITAETSGRADES ZERSPANTER SPROEDHARTER
WERKSTOFFOBERFLAECHEN 76
BILD 34: UNTERSUCHUNG VON AUSBRUCHSFORMEN AN EINER 80-95 % DUKTIL
GESCHLIFFENEN SILIZIUM-EINKRISTALLOBERFLAECHEN 77
BILD 35: UNTERSUCHUNG DER ABHAENGIGKEIT DER BEARBEITUNGSQUALITAET VON DER
BEARBEITUNGSRICHTUNG BEIM MIKROSCHLEIFEN VON SILIZIUM {111} 78
BILD 36: RANDBEDINGUNGEN ZUM UEBERGANG VON SPROEDER ZU DUKTILER ZERSPANUNG
VON EINKRISTALLINEM SILIZIUM 81
BILD 37: OBERFLAECHENAUSBILDUNG BEIM DUKTILEN SCHLEIFEN VON SILIZIUM MIT
SCHARFEN UND STUMPFEN SCHNEIDEN BEI ZUNEHMENDER SCHNITTIEFE 82
BILD 38: UEBERGANG VON SPROEDER ZU DUKTILER ZERSPANUNG BEIM MIKROSCHLEIFEN
VON SILIZIUM 83
BILD 39: ERGEBNISSE DER ROENTGENDIFFRAKTOMETRIE ZUR BESTIMMUNG DER
RANDZONENSCHAEDIGUNG VON GESCHLIFFENEN SILIZIUMMIKROSTRUKTUREN ....84
BILD 40: TRENNMECHANISMEN BEIM SCHLEIFEN VON GLAESERN [42] 85
IMAGE 6
BILD 41: UEBERGANG VON SPROEDER ZU DUKTILER ZERSPANUNG
BEIM MIKROSCHLEIFEN VON GLAS 88
BILD 42: THERMISCHE OBERFLAECHENSCHAEDIGUNG BEIM DUKTILEN
SCHLEIFEN VON PYREX GLAS 89
BILD 43: DUKTILES SCHLEIFEN VON ALUMINIUMOXID 90
BILD 44: DUKTILES SCHLEIFEN VON HARTMETALL 91
BILD 45: GRENZSPANDICKE FUER DAS DUKTILE SCHLEIFEN DER SPRODHARTEN
VERSUCHSWERKSTOFFE 92
BILD 46: ABRICHTEN VON DICING BLADES 94
BILD 47: EINFLUSS DER DIAMANTKORNGROESSE AUF DIE OBERFLAECHENRAUHEIT 95
BILD 48: EINFLUSS DER DIAMANTKORNGROESSE AUF DIE KANTENAUSBRUECHE 96
BILD 49: OBERFLAECHENRAUHEIT IN ABHAENGIGKEIT DER AEQUIVALENTEN SPANDICKE
BEI UNTERSCHIEDLICHEN SCHLEIFSCHEIBENSPEZIFIKATIONEN 98 BILD 50:
KANTENAUSBRUECHE BEIM MIKROSCHLEIFEN DER VERSUCHSWERKSTOFFE MIT
VERSCHIEDENEN SCHLEIFSCHEIBENSPEZIFIKATIONEN 100
BILD 51: PROZESSKRAEFTE UND RESULTIERENDE DRUCKVERHAELTNISSE
IM EINGRIFFSBEREICH 102
BILD 52: PROZESSTEMPERATUREN BEIM SCHLEIFEN DER VERSUCHSWERKSTOFFE 105
BILD 53: PROZESSTEMPERATUREN BEIM MIKROSCHLEIFEN VON SILIZIUM 106
BILD 54: SIMULIERTE TEMPERATUREN AN DER WIRKSTELLE 108
BILD 55: ERZIELTE SCHLEIF VERHAELTNISSE BEIM MIKROSCHLEIFEN DER
VERSUCHSWERKSTOFFE 110
BILD 56: ERREICHTE MINIMALE STRUKTUREN BEIM MIKROSCHLEIFEN DER
VERSUCHSWERKSTOFFE 112
BILD 57: ERREICHTE MINIMALE KANTENAUSBRUECHE BEIM MIKROSCHLEIFEN DER
VERSUCHSWERKSTOFFE 113
BILD 58: VERSCHLEISSFORMEN AN MIKROSCHLEIFSCHEIBEN 113
BILD 59: MIT 1 AI MIKROSCHLEIFSCHEIBEN GEFERTIGTE DREIDIMENSIONALE
MIKROSTRUKTUREN IN SILIZIUM UND GLAS 114
BILD 60: SPANNUNG DER MIKROSCHLEIFSCHEIBEN ZWISCHEN OPFERSCHEIBEN 115
BILD 61: PROFILIEREINRICHTUNG 116
IMAGE 7
10
BILD 62: PROFILIERTE MIKROSCHLEIFSCHEIBEN - PROFILABBILDUNG IN SILIZIUM
117
BILD 63: EINFLUSS DER DIAMANTKORNGROESSE AUF DAS ARBEITSERGEBNIS BEIM
DUKTILEN SCHLEIFEN MIT MIKROSCHLEIFSTIFTEN 119
BILD 64: ENTWICKLUNG DER OBERFLAECHENRAUHEIT MIT STEIGENDEM
ZEITSPANUNGSVOLUMEN BZW. STEIGENDER AEQUIVALENTER SPANDICKE 121
BILD 65: ENTWICKLUNG DER PROZESSKRAEFTE UEBER DEM ZEITSPANUNGSVOLUMEN BEIM
SCHLEIFEN MIT MIKROSCHLEIFSTIFTEN 122
BILD 66: ERREICHTES BEZOGENES ZERSPANUNGSVOLUMEN BEIM SCHLEIFEN DER
VERSUCHSWERKSTOFFE 123
BILD 67: STRUKTURBEISPIELE FUER MIKROSCHLEIFTSTIFTE (A-C: SILIZIUM {100},
D: ALUMINIUMOXID, E: HARTMETALL K15, F-G: PYREX GLAS) 125
BILD 68: VERSCHLEISSMECHANISMEN BEIM MIKROSCHLEIFEN MIT SCHLEIFSTIFTEN
126
BILD 69: BERECHNUNGSERGEBNISSE DER MAXIMALEN BELASTBARKEIT
UND OPTIMALEN FORM VON MIKROSCHLEIFSTIFTEN 128
BILD 70: EXPERIMENTELLE UEBERPRUEFUNG DER ANALYTISCHEN BETRACHTUNGEN 130
BILD 71: RESULTIERENDE ZULAESSIGE WERKZEUGBELASTUNG FUER
MIKROSCHLEIFSTIFTE ..131
BILD 72: EINFLUSS DES KUEHLSCHMIERSTOFFES BEIM BOHRUNGSSCHLEIFEN 132
BILD 73: EINFLUSS DES VORSCHUBS AUF DAS ARBEITSERGEBNIS BEIM
BOHRUNGSSCHLEIFEN DER VERSUCHSWERKSTOFFE 133
BILD 74: STANDWEGE BEIM BOHRUNGSSCHLEIFEN DER VERSUCHSWERKSTOFFE MIT
KONVENTIONELLEN UND NEUEN CVD-DIAMANT-HOHLSCHLEISTIFTEN 135
BILD 75: NEUE BOHRERGEOMETRIEN UND DEREN POTENTIAL 137
BILD 76: TECHNOLOGIEMATRIX ZUM MIKROSCHLEIFEN VON SPRODHARTEN
WERKSTOFFEN MIT DEM ZIEL DER FERTIGUNG KLEINSTER STRUKTURGROESSEN.... 139
2 OE5
IMAGE 8
11
TABELLENVERZEICHNIS
TABELLE 1: EINGESETZTE MIKROSCHLEIFSCHEIBEN UNTERSCHIEDLICHER KORNGROESSE
49 TABELLE 2:EINGESETZTE MIKROSCHLEIFSCHEIBEN UNTERSCHIEDLICHER BINDUNG
50
TABELLE 3: BESTIMMTE KENNWERTE, EINGESETZTE MESSTECHNIK 65
TABELLE 4: MASCHINENSTELLGROESSEN UND PROZESSKENNGROESSEN 71
TABELLE 5: ANWENDUNGSGEBIETE DER VERSUCHSWERKSTOFFE 73
TABELLE 6: EIGENSCHAFTEN DER VERSUCHSWERKSTOFFE 74
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