CVD-Diamant-Werkzeuge zur geometrisch unbestimmten Mikrozerspanung von gehärtetem Stahl:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
[Essen]
Vulkan-Verl.
2008
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| Schriftenreihe: | Schriftenreihe des Institus für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik der TU Braunschweig
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| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | 155 S. Ill., graph. Darst. 21 cm |
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Vorwort 0
Inhalt 1
Abbildungsverzeichnis 3
Tabellenverzeichnis 5
Formelzeichen und Abkürzungen 6
1 Einleitung 8
2 Stand der Technik 10
2.1 Anwendungsgebiete von kleinen Strukturen und Bohrungen 10
2.2 Anforderungen an kleine Strukturen und Bohrungen 11
2.3 Erzeugung von kleinen Strukturen und Bohrungen 12
2.3.1 Lithographie 12
2.3.2 Erodieren 13
2.3.3 Laserstrahlabtragen 16
2.3.4 Geometrisch bestimmte Zerspanung 18
2.3.5 Ultraschallschwingläppen 21
2.3.6 Schleifen 21
2.3.7 Maschinentechnik zur spanenden Erzeugung von kleinen Strukturen und
Bohrungen 24
2.3.8 Werkstoffe zur spanenden Erzeugung von kleinen Strukturen und Bohrungen
26
2.4 Trends in der Herstellung von kleinen Strukturen und Bohrungen 27
2.5 Nachbearbeitung von Bohrungen 29
2.6 CVD-Diamantbeschichtungen 36
2.6.1 Herstellung der Diamantschicht 39
2.6.2 Verschleiß von Diamant und CVD-Diamant 42
2.7 Hochfrequenzhonen 45
2.8 Fazit zum Stand der Technik 50
3 Zielsetzung 53
4 Methodik und Verfahren 55
4.1 Werkzeuggeometrien 55
4.2 Werkzeugherstellung 58
4.3 Vorgehen zur Untersuchung des Schleifverhaltens von CVD-Diamantschleifstiften
59
4.4 Vorgehen zur Untersuchung der Möglichkeit zum Hochfrequenzhonen mit CVD-
Diamanthonahlen 60
4.5 Maschinen 61
4.6 Messtechnik 66
4.7 Werkstoffe 70
5 Herstellung der CVD-Diamant-Schleifstifte 71
6 Untersuchung des Zerspanverhaltens von CVD-Diamant-Schleifstiften 78
6.1 Einfluss des Kühlschmierstoffs 78
6.2 Einfluss der Schnittgeschwindigkeit 88
6.3 Einfluss des Zeitspanungsvolumens 91
6.3.1 Einfluss der Vorschubgeschwindigkeit 91
6.3.2 Einfluss der Zustellung 99
6.4 Verschleißverhalten von CVD-Diamantschleifstiften 101
6.5 Ausbiegung und Bruch der Schleifstifte 116
- 1 -
6.6 Technologiematrix zum Schleifen von gehärtetem Stahl mit CVD-
Diamantschleifstiften 124
6.7 Schleifbearbeitung von Bohrungen 127
7 Untersuchung der Möglichkeit zum Hochfrequenzhonen mit CVD-
Diamanthonahlen 130
7.1 Weiterentwicklung des Hochfrequenzhonens 130
7.2 Herstellung der Werkzeuge 134
7.3 Adaption der Werkzeugaufnahme 135
7.4 Schwingungsuntersuchung an CVD-Diamant-Honahlen 137
7.5 Untersuchung des Zerspanverhaltens 139
8 Zusammenfassung 144
9 Literaturverzeichnis 146
-2-
Abbildungsverzeichnis
Bild 1: Verfahrensstrategien für das Laserbohren [13] 17
Bild 2: Hartmetall-Klinge mit Diamantbeschichtung und geschärfter Schneidkante [17]... 19
Bild 3: Kleine kommerziell verfügbare Schleifstifte; links: D30 C200, Bronzebindung;
rechts: D15 galvanisch gebunden 23
Bild 4: Strukturbeispiele, Werkzeuge und Bauteilabmessungen beim Mikroschleifen [27] 24
Bild 5: links: Einleistenwerkzeug für Kleinstbohrungen [50] mittig: Honleiste des
Einleistenwerkzeugs [50] rechts: Honschaft mit Aufweitung durch radial-elastische
Dehnung [50] 32
Bild 6: Honwerkzeuge für Bohrungen mit geringen Durchmessern 33
Bild 7: Schematische Darstellung des Schwingungserregers einer Hochfrequenz-
Honmaschine mit Längs- und Querschwingungsform [aus 53] 45
Bild 8: X -Werkzeug und X/2-Werkzeug für das Hochfrequenzhonen 47
Bild 9: Schnittbewegung und entstehende Werkstückoberfläche beim Dornhonen [53] 48
Bild 10: Schnittbewegung und entstehende Werkstückoberfläche beim Hochfrequenzhonen
[53] 49
Bild 11: Mögliche Anwendungsbeispiele für die Bearbeitung mit CVD-Diamantstiften 56
Bild 12: Werkzeuggeometrie für Schleifstifte 57
Bild 13: Werkzeuggeometrie für Honahlen 57
Bild 14: Versuchsaufbau zum Anschleifen der Schleifstiftgrundkörper 62
Bild 15: Präzisionswerkzeugmaschine: Kugler Micromaster MG2 63
Bild 16: Präzisionswerkzeugmaschine: Primacon PFM 24 64
Bild 17: Hochfrequenz-Honmaschine: Kadia HF 40/400 65
Bild 18: Versuchsaufbau zur Schnittkraftermittlung und Kalibrierkurven 67
Bild 19: Prinzip Konfokalmikroskop [nach 90] 68
Bild 20: Fortsetzen von Geometriefehlern beim Anschleifen der Werkzeuge durch
Außenrund-Einstechschleifen 71
Bild 21: Reproduzierbare Ausbildung der Oberfläche, Tastschnittmessung 72
Bild 22: Achsanordnung zum Anschleifen der Schleifstiftgrundkörper 74
Bild 23: Angeschliffene Schleifstiftrohlinge 75
Bild 24: Anschleifen der Schleifstiftgrundkörper auf der Präzisionsmaschine Mikromaster
MG2 der Firma Kugler 76
Bild 25: Schleifstifte mit CVD-Diamantschicht, Durchmesser 60 um 77
Bild 26: Anhaftungen an den Schleifstiften bei der Zerspanung unter Emulsion 79
Bild 27: Werkstückoberfläche vor und nach der Zerspanung unter Emulsion 80
Bild 28: Zusammenhang zwischen Schnittgeschwindigkeit und Prozesskräften, Schleifen
unter Emulsion 81
Bild 29: Zusammenhang zwischen Schnittgeschwindigkeit und Prozesskräften, Schleifen
unter Öl 82
Bild 30: Zusammenhang zwischen Vorschubgeschwindigkeit und Prozesskräften, Vergleich:
Schleifen unter Emulsion und unter 01 83
Bild 31: Zusammenhang zwischen Normalkraft und Vorschub bei unterschiedlichen
Stiftdurchmessem, Emulsion 84
Bild 32: Zusammenhang zwischen Normalkraft und Vorschub bei unterschiedlichen
Stiftdurchmessem, Öl 85
Bild 33: Zusammenhang zwischen Zustellung und Prozesskräften, Vergleich: Schleifen unter
Emulsion und unter Öl 86
Bild 34: Gegenüberstellung scharfkantiger und blockiger Schleifbelag 87
Bild 35: Normalkraftzunahme infolge zunehmender Anhaftungen an den Werkzeugen 88
-3-
Bild 36: Zusammenhang zwischen Schnittgeschwindigkeit und Prozesskräften, Schleifen
unter Öl g9
Bild 37: Zusammenhang zwischen Schnittgeschwindigkeit und erzielter Oberflächenrauheit
des Werkstückes 90
Bild 38: Zusammenhang zwischen Vorschubgeschwindigkeit und Prozesskräften fiir
unterschiedliche Stiftdurchmesser, geringe Schnittgeschwindigkeit, Schleifen unter
Öl 91
Bild 39: Zusammenhang zwischen Vorschubgeschwindigkeit und Prozesskräften, höhere
Schnittgeschwindigkeit, Schleifen unter Öl 94
Bild 40: Zusammenhang zwischen Vorschubgeschwindigkeit und erzielter
Oberflächenrauheit des Werkstückes, höhere Schnittgeschwindigkeit, Schleifen
unter Öl 95
Bild 41: Kinematik für das Schleifen ins Volle 96
Bild 42: Zusammenhang zwischen Vorschubgeschwindigkeit und Prozesskräften beim
Schleifen ins Volle 97
Bild 43: Zusammenhang zwischen Vorschubgeschwindigkeit und erzielter
Oberflächenrauheit des Werkstückes beim Schleifen ins Volle 98
Bild 44: Zusammenhang zwischen Zustellung und Prozesskräften, geringe
Schnittgeschwindigkeit 99
Bild 45: Zusammenhang zwischen Zustellung und Prozesskräften, höhere
Schnittgeschwindigkeit 100
Bild 46: Zusammenhang zwischen Zustellung und erzielter Oberflächenrauheit des
Werkstückes jOi
Bild 47: Verlauf der Prozesskräfte mit zunehmendem bezogenen Zerspanungs volumen,
geringe Schnittgeschwindigkeit 102
Bild 48: Verlauf der erzielten Oberflächenrauheit des Werkstückes mit zunehmendem
bezogenen Zerspanungsvolumen, geringe Schnittgeschwindigkeit 103
Bild 49: Verschleiß an einer abrasiven CVD-Diamantschicht, Schleifen unter Öl, geringe
Schnittgeschwindigkeiten 104
Bild 50: Verschleiß an einer abrasiven CVD-Diamantschicht, Schleifen unter Öl, geringe
Schnittgeschwindigkeiten 105
Bild 51: Verlauf der Prozesskräfte mit zunehmendem bezogenen Zerspanungsvolumen, hohe
Schnittgeschwindigkeit 106
Bild 52: Verlauf der erzielten Oberflächenrauheit des Werkstückes mit zunehmendem
bezogenen Zerspanungsvolumen, hohe Schnittgeschwindigkeit 107
Bild 53: Verschleiß an einer abrasiven CVD-Diamantschicht, Schleifen unter Öl, hohe
Schnittgeschwindigkeiten 108
Bild 54: Temperaturentwicklung bei der Zerspanung, geringe Schnittgeschwindigkeit !. 110
Hi d 55: Temperaturentwicklung bei der Zerspanung, höhere Schnittgeschwindigkeit 111
Bild 56: Anomalie an der CVD-Diamantschicht 113
Bild 57: Oberflächenausbildung des Werkstückes infolge von CVD-Schichtänomalien!l 114
Hi d 58: Bruchfläche eines CVD-diamantbeschichteten Schleifstiftes 115
Bild 59: Zusammenhang zwischen Zustellung und Prozesskräften beim Schleifen mit einem
dünnen Stift 116
Bild 60: Zusammenhang zwischen der Anzahl der geschliffenen Bahnen und den
a-u *i ™zesskräften beim Schleifen mit einem dünnen Stift, Auslenkung des Stiftes.... 117
uild o 1: hhM-Simulation der Belastung und der Auslenkung eines CVD-
diamantbeschichteten Schleifstiftes mit 148 um Durchmesser 120
Hild 62: FEM-Simulation: Auslenkung eines Schleifstiftes in Abhängigkeit des
Durchmessers bei konstanter Last 121
-4-
Bild 63: FEM-Simulation: Auslenkung eines Schleifstiftes in Abhängigkeit der
Schleifbereichlänge bei konstanter Last 122
Bild 64: FEM-Simulation der Belastung und der Auslenkung eines CVD-
diamantbeschichteten Schleifstiftes mit 2 mm Durchmesser 124
Bild 65: Technologiematrix für das Zerspanen von gehärtetem Stahl mit CVD-Diamant-
Schleifstiften 126
Bild 66: Anwendungsbeispiel und Bearbeitungskinematik 127
Bild 67: Versuchsaufbau zum Schleifen des Anwendungsbeispiels 128
Bild 68: Rundheitsmessung an einem bearbeiteten Anwendungs-Werkstück 129
Bild 69: Einschraubbares HF-Werkzeug mit Kupplung 132
Bild 70: HF-Werkzeug mit Kupplung und schraubbarem Konus 134
Bild 71: Kinematik zum Anschleifen der Grundkörper für die Honahlen und angeschliffener
Grundkörper 135
Bild 72: Ausführung des Adapters zur Aufnahme der CVD-Diamanthonahlen 136
Bild 73: Schallwandler der HF-Honmaschine mit Adapter zur Aufnahme der CVD-
Diamanthonahlen 136
Bild 74: Spannzange mit Ultraschallnarben 137
Bild 75: Radiale Schwingung der CVD-Diamanthonahlen bei Anregung mit
unterschiedlichen Amplituden 138
Bild 76: Versuchsaufbau zum HF-Honen von Bohrungen mit kleinen Bohrungen und
Bohrungsoberfläche einer HF-gehonten Bohrung 140
Bild 77: Rundheitsmessung an einer HF-gehonten Oberfläche, Formtaster 141
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Anwendungsprofile für das Honen und Innenrundschleifen [44] 31
Tabelle 2: Vergleich von Nachbearbeitungsverfahren für Bohrungsdurchmesser zwischen
5 mm und 15 fiin [46] 35
Tabelle 3: Einteilung der Kohlenstoffschichten nach dem Entwurf zur VDI-Richtlinie 2840
„Kohlenstoffschichten - Grundlagen, Schichttypen und Eigenschaften [36]... 38
-5-
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| spelling | Menze, Bernd Verfasser aut CVD-Diamant-Werkzeuge zur geometrisch unbestimmten Mikrozerspanung von gehärtetem Stahl von Bernd Menze [Essen] Vulkan-Verl. 2008 155 S. Ill., graph. Darst. 21 cm txt rdacontent n rdamedia nc rdacarrier Schriftenreihe des Institus für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik der TU Braunschweig Zugl.: Braunschweig, Techn. Univ., Diss., 2008 Mikrobearbeitung (DE-588)4582923-8 gnd rswk-swf Schleifwerkzeug (DE-588)4121616-7 gnd rswk-swf CVD-Verfahren (DE-588)4009846-1 gnd rswk-swf Gehärteter Stahl (DE-588)7653885-0 gnd rswk-swf Diamant (DE-588)4012069-7 gnd rswk-swf Spanende Bearbeitung (DE-588)4055957-9 gnd rswk-swf (DE-588)4113937-9 Hochschulschrift gnd-content Schleifwerkzeug (DE-588)4121616-7 s Diamant (DE-588)4012069-7 s CVD-Verfahren (DE-588)4009846-1 s Gehärteter Stahl (DE-588)7653885-0 s Spanende Bearbeitung (DE-588)4055957-9 s Mikrobearbeitung (DE-588)4582923-8 s DE-604 HBZ Datenaustausch application/pdf http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&local_base=BVB01&doc_number=017096221&sequence=000002&line_number=0001&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA Inhaltsverzeichnis |
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