Laserunterstützte Fräsbearbeitung hochfester Werkstoffe:
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Aachen
Apprimus-Verl.
2012
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adam_text | Titel: Laserunterstützte Fräsbearbeitung hochfester Werkstoffe
Autor: Rosen, Chris-Jörg
Jahr: 2012
Inhaltsverzeichnis
Content
1 Einleitung.............................................................................................................1
2 Stand der Forschung...........................................................................................7
2.1 Grundlagen der Warmbearbeitung................................................................8
2.2 Zerspanungsprozesse mit lokaler thermischer Unterstützung......................9
2.3 Laserunterstützte Fräsbearbeitung.............................................................15
2.3.1 Maschinentechnik für die laserunterstützte Fräsbearbeitung.........16
2.3.2 Prozesstechnologische Erkenntnisse............................................26
2.4 Zusammenfassende Bewertung.................................................................32
3 Aufgabenstellung und Zielsetzung..................................................................33
4 Qualifizierende Grundlagenuntersuchungen..................................................35
4.1 Hochfeste Versuchswerkstoffe....................................................................35
4.1.1 Siliziumnitrid-Keramik (Si3N4).........................................................35
4.1.2 Nickelbasislegierung Inconel 718...................................................36
4.2 Prozesseinflussgrößen bei der laserunterstützten Zerspanung..................37
4.3 Analyse der physikalischen Wirkmechanismen..........................................38
4.4 Modellierung der Temperaturverteilung in der Randzone...........................41
4.4.1 Analytische Abschätzung der Randzonenerwärmung....................41
4.4.2 Numerische Simulation der Temperaturverteilung im
Spanungsquerschnitt.....................................................................50
4.5 Analogieversuche am Beispiel von Si3N4-Keramik......................................57
4.5.1 Versuchsaufbau und -durchführung...............................................57
4.5.2 Auswertung und Interpretation der Versuchsergebnisse...............60
4.6 Zusammenfassende Beurteilung der Untersuchungsergebnisse................64
5 Integration von Laserstrahlführungssystemen...............................................65
5.1 Optische Bauelemente für Laserstrahlführungssysteme.............................65
5.2 Vergleichende Betrachtung von Strahlführungskonzepten.........................67
5.3 Spindel- und werkzeugintegrierte Laserstrahlführung.................................69
5.4 Prozessseitige Anforderungen....................................................................70
5.5 Systemseitige Anforderungen.....................................................................71
5.5.1 Optische Anforderungen und Einflussfaktoren...............................72
5.5.2 Thermische Anforderungen und Einflussfaktoren..........................81
5.5.3 Mechanische Anforderungen und Einflussfaktoren........................83
5.6 Versuchssystem zur laserunterstützten Fräsbearbeitung...........................83
5.6.1 Optik für die adaptive systemintegrierte Laserstrahlführung..........85
5.6.2 Modulares Fräswerkzeug für die laserunterstützte Zerspanung ....86
5.6.3 Aufbau des Versuchssystems........................................................88
5.7 Messtechnische Qualifizierung der Systemkomponenten...........................89
5.7.1 Untersuchung des optischen Übertragungsverhaltens..................89
5.7.2 Untersuchung der thermischen Verlustleistung..............................91
5.7.3 Analyse des internen Erwärmungsverhaltens................................92
5.7.4 Erwärmung und thermische Dehnung der Gehäusestruktur..........93
6 Steuerung des laserunterstützten Fräsprozesses..........................................95
6.1 Kinematik des Fräsprozesses.....................................................................96
6.1.1 Berechnung der Prozesswinkel......................................................97
6.1.2 Berechnung der Spandicke..........................................................102
6.1.3 Eingriffskinematik zur Modulation der Laserleistung....................106
6.2 Prozesssteuerungssystem........................................................................107
6.3 Experimentelle Qualifizierung des Prozesssteuerungssystems................113
6.4 Strategien zur Erfassung und Verarbeitung der Eingriffsbreite.................115
7 Versuche zur laserunterstützten Fräsbearbeitung.......................................117
7.1 Versuchsaufbau und -durchführung..........................................................117
7.2 Laserunterstützte Fräsbearbeitung von Siliziumnitrid-Keramik.................118
7.2.1 Analyse der Prozesskräfte...........................................................118
7.2.2 Verschleißverhalten der Schneide...............................................122
7.2.3 Analyse der Oberflächen- und Kantenqualitäten.........................124
7.3 Laserunterstützte Fräsbearbeitung von Inconel 718.................................126
7.4 Zusammenfassende Ergebnisse der Prozessuntersuchungen.................130
8 Zusammenfassung und Ausblick...................................................................131
9 Literaturverzeichnis.........................................................................................135
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