Formabtrag mit einem gepulsten Nd:YAG-Festkörperlaser in Slab-Geometrie:
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Essen
Vulkan-Verl.
1996
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| adam_text | Titel: Formabtrag mit einem gepulsten Nd:YAG-Festkörperlaser in Slab-Geometrie
Autor: Freytag, Jörg
Jahr: 1996
Formabtrag mit einem gepulsten Nd:YAG- Festkörperlaser in Slab-Geometrie Von der Fakultät für Maschinenbau und Elektrotechnik der Technischen Universität Carolo Wilhelmina zu Braunschweig zur Erlangung der Würde eines Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.) genehmigte DISSERTATION von Jörg Freytag aus Braunschweig Eingereicht am: Mündliche Prüfung am: Berichterstatter: Mitberichterstatter: 21. Juni 1995 22. März 1996 Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. E. Westkämper Prof. Dr.-Ing. H. Wohlfahrt 1996
Formabtrag mit einem gepulsten Nd:YAG-Festkörperlaser in Slab-Geometrie Gliederung Seite 1. Einleitung 1 1.1 Problemstellung 1 1.2 Zielsetzung 2 2. Grundlagen zur Materialbearbeitung mittels Laserstrahlen 4 2.1 Grundlagen des Lasers 4 2.1.1 Longitudinale Moden im optischen Resonator 5 2.1.2 Transversale Moden im optischen Resonator 7 2.1.3 Stabilität optischer Resonatoren 8 2.2 Nd:YAG-Festkörperlaser in Slab-Geometrie 11 2.3 Ausbreitung und Fokussierung von Laserstrahlen 15 2.4 Wechselwirkungen zwischen Laserstrahl und Werkstück 20 2.4.1 Absorption von Laserstrahlung 20 2.4.2 Wärmeleitung im zu bearbeitenden Werkstoff 23 2.5 Grundlagen zum Formabtrag mittels Laserstrahlen 25 2.5.1 Verfahrensvarianten 25 2.5.2 Ein-und Ausgangsgrößen beim Laserstrahlformabtrag 27 2.5.3 Austreiben der Werkstoffschmelze 30 2.5.4 Abtragsleistungen 32 3. Stand der Erkenntnisse beim Laserstrahlformabtragen 34 4. Konkurrierende Abtragsverfahren 41 4.1 Fräsen 41 4.2 Funkenerosives Abtragen 45 4.3 Chemisches und elektrochemisches Abtragen 47 4.4 Konventionelle Techniken zum Abtragen hochharter Schleifscheiben 49 4.4.1 Profilieren von CBN-Schleifscheiben 50 4.4.2 Schärfen von CBN-Schleifscheiben 51 5. Versuchs- und Meßeinrichtungen 53 5.1 Laserbearbeitungssystem 53 5.2 Meßeinrichtungen und Meßmethoden 56 5.2.1 Erfassung der Laserstrahlleistung 56 5.2.2 Bestimmung der Laserstrahlkaustik 58 5.2.3 Erfassung von Prozeßgasdruck und Luftströmung 59
Gliederung, Abkürzungen und Kurzzeichen III 5.2.4 Bestimmung von Abtragsvolumen und Abtragsleistung 59 5.2.5 Beurteilung der Abtragsqualität 59 5.3 Versuchswerkstoffe 60 6. Versuchsdurchführung 62 6.1 Versuchsplan und Variation der Prozeßparameter 62 6.2 Begriffsbestimmungen für das Laserstrahlabtragen 64 7. Technologische Untersuchungen zum Laserstrahlabtragen 66 7.1 Optimierung des Schmelzaustriebs 66 7.1.1 Bestimmung von Strömungsgeschwindigkeiten im Bereich der Düsenmündung 66 7.1.2 Optimierung der Düsengeometrie 67 7.1.3 Optimierung des Schmelzaustriebs 68 7.2 Untersuchungen zum Laserstrahlabtragen im Einzelpulsbetrieb 72 7.2.1 Einfluß von Laser- und Prozeßparametem auf das Abtragsergebnis 72 7.2.2 Einfluß von Prozeßgasart und -druck auf das Abtragsergebnis 76 7.3 Untersuchungen zum Einfluß ausgewählter Parameter beim zellenförmigen Abtragen 80 7.3.1 Bearbeitungsstrategie beim zellenförmigen Abtragen 80 7.3.2 Einfluß der Pulsenergie auf das Abtragsergebnis 83 7.3.3 Optimierung des Schmelzaustriebs bei tiefen Abtragsspuren 85 7.3.4 Einfluß der Pulsüberlappung auf das Abtragsergebnis 87 7.4 Untersuchungen zum Einfluß ausgewählter Parameter beim großflächigen Abtragen 91 7.4.1 Bearbeitungsstrategien beim großflächigen Abtragen 91 7.4.2 Einfluß der Pulsenergie auf das Abtragsergebnis 92 7.4.3 Einfluß der Spurüberlappung auf das Abtragsergebnis 95 7.5 Abtragen von CBN-Schleifscheiben mit Laserstrahlen 97 7.5.1 Bearbeitungsstrategien beim Einsatz von Laserstrahlen zum Profilieren und Schärfen von CBN-Schleifscheiben 97 7.5.2 Ergebnisse zum Abtragen kunstharzgebundener CBN-Schleifscheiben mit Laserstrahlen 101 8. Zusammenfassung 116 9. Schrifttum 119
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