Präzises Schneiden schwer zu bearbeitender Materialien durch Wasserabrasivinjektorstrahlen mit verringertem Strahldurchmesser:
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Berlin
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2013
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| adam_text | INHALTSVERZEICHNIS
INHALTSVERZEICHNIS
ABBILDUNGSVERZEICHNIS VI
TABELLENVERZEICHNIS XIV
ANLAGENVERZEICHNIS XVI
ABKUERZUNGS- UND SYMBOLVERZEICHNIS XVIII
1 PROBLEMSTELLUNG 1
2 INTERNATIONALER STAND VON WISSENSCHAFT UND TECHNIK 3
2.1 EINLEITUNG 3
2.2 BESCHREIBUNG DES WASSERABRASIVSTRAHLSCHNEIDENS NACH DEM
INJEKTORPRINZIP 4
2.2.1 DAS GRUNDPRINZIP DES WASSERABRASIVINJEKTORSTRAHLSCHNEIDENS 4
2.2.2 DAS WASSERABRASIVINJEKTORSTRAHLSCHNEIDEN ALS *KALTES VERFAHREN 5
2.3 ANWENDUNG, TRENDENTWICKLUNGEN UND PROGNOSEN FUER MOEGLICHE ZUKUENFTIGE
ENTWICKLUNGEN DES WASSERABRASIVINJEKTORSTRAHLSCHNEIDENS 7
2.4 EINTEILUNG DES WASSERABRASIVINJEKTORSTFJAHLSCHNEIDENS HINSICHTLICH
STRAHLDURCHMESSER UND GENAUIGKEIT 9
2.5 GRUNDLAGEN UND MECHANISMEN DES
WASSERABRASIVINJEKTORSTRAHLSCHNEIDENS 11
2.5.1
EINFLUSSGROESSEN IN DER ZWEIDIMENSIONALEN BEARBEITUNG MIT DEM
WASSERABRASIVINJEKTORSTRAHL 11
2.5.2 FUER DAS WASSERABRASIVINJEKTORSTRAHLSCHNEIDEN GENUTZTE MAXIMALE
WASSERDRUECKE 14
2.6 WIRKMECHANISMEN DES MATERIALABTFJAGES AN DUKTILEN UND SPROEDEN
ZIELWERKSTOFFEN 15
2.6.1 MIKROSKOPISCHE ABTRAGSMECHANISMEN BEI SPROEDEN UND DUKTILEN
MATERIALIEN
IM MIKROBEREICH 15
2.6.2 MAKROSKOPISCHE AUSPRAEGUNG DES MATERIALABTFSAGES 17
2.7 DREIDIMENSIONALE BEARBEITUNG MIT DEM WASSERABRASIVINJEKTORSTRAHL,
KINEMATISCHE KONZEPTE DER FUEHRUNGSMASCHINEN UND ANWENDUNGSBEREICHE
19
2.8 RESUEMEE DES STANDES VON WISSENSCHAFT UND TECHNIK SOWIE AKTUELLER
ENTWICKLUNGEN 21
2.9 SCHWERPUNKTE DER DISSERTATION UND ABGRENZUNG ZUM STAND VON
WISSENSCHAFT UND TECHNIK 22
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3 METHODIK UND VORGEHENSWEISE BEI DER UMSETZUNG DER
WASSERABRASIVINJEKTORSTRAHLBEARBEITUNG MIT VERRINGERTEM
STRAHLDURCHMESSER 25
3.1 ZIELSTELLUNG 25
3.2 METHODIK, VORGEHENSWEISE UND AUFBAU DER ARBEIT 25
4 GRUNDLAGENUNTERSUCHUNGEN FUER DIE ZWEIDIMENSIONALE
PRAEZISIONSBEARBEITUNG MIT DEM MIKRO-
WASSERABRASIVINJEKTORSTRAHL 29
4.1 VORBEMERKUNGEN 29
4.2 GRUNDLAGENUNTERSUCHUNGEN 30
4.2.1 EINGESETZTE ABRASIVMITTEL UND DEREN EINFLUSS AUF DIE
PROZESSSTABILITAET
30
4.2.2 PRINZIPIELLER EINFLUSS DES MISCHPROZESSES AUF DIE ABRASIVPARTIKEL
31
4.2.3 AUSWAHL UND BEURTEILUNG UNTERSCHIEDLICHER WASSERDUESENVARIANTEN
HINSICHTLICH IHRER EIGNUNG FUER DAS MIKRO-
WASSERABRASIVINJEKTORSTRAHLSCHNEIDEN 34
4.2.4 BETRACHTUNG ZUR AUSWAHL VON FUER DAS MIKRO-
WASSERABRASIVINJEKTORSTRAHLSCHNEIDEN VERWENDBARER FOKUSDUESEN UND
WASSERDUESEN-FOKUSDUESEN-KOMBINATIONEN
37
4.2.5 ZWISCHENFAZIT 38
4.3 BEURTEILUNG DER OBERFLAECHENBESCHAFFENHEIT AN DEN FLAECHEN DER
SCHNITTKANTEN 38
4.3.1 EXEMPLARISCHER VERGLEICH ZWISCHEN KONVENTIONELLEM STANDARD-
WASSERABRASIVINJEKTORSTRAHLSCHNEIDEN UND MIKRO-
WASSERABRASIVINJEKTORSTRAHLSCHNEIDEN FUER SPROEDE WERKSTOFFE AM
BEISPIEL VON GLAS 38
4.3.2 GEGENUEBERSTELLUNG DUKTILER UND SPROEDER MATERIALIEN 39
4.4 RESUEMEE 40
5 ANFORDERUNGEN AN DIE ANLAGENTECHNIK FUER EIN
ZWEIDIMENSIONALES MIKRO-
WASSERABRASIVINJEKTORSTRAHLSCHNEIDEN 42
5.1 GENERELLE EINFLUSSFAKTOREN AUF DIE ERREICHBARE GENAUIGKEIT 42
5.2 GRUNDLEGENDE ANFORDERUNGEN AN EINEN GEEIGNETEN PRAEZISIONSSCHNEIDKOPF
...
42
5.2.1 MOEGLICHE URSACHEN DES AUSRICHTFEHLERS ZWISCHEN WASSER- UND
FOKUSDUESE ..43
5.2.2 ERFORDERLICHE ANPASSUNGEN UND OPTIMIERUNGEN DES
PRAEZISIONSSCHNEIDKOPFES UND SEINER KOMPONENTEN 45
5.2.3 VERMESSUNG DER SIGNIFIKANTEN ATTRIBUTE DES PRAEZISIONSSCHNEIDKOPFES
UND
WEITERE ALTERNATIVEN ZUR FERTIGUNG DES SCHNEIDKOPFES 47
5.2.4 VERMESSUNG VON VERWENDETEN WASSERDUESEN 49
5.2.5 VERMESSUNG UND BEWERTUNG VON FOKUSDUESEN MIT 0,3 MM
INNENDURCHMESSER ...
51
5.2.6 ZUSAMMENFASSUNG UND BEWERTUNG DER VERMESSUNGEN VON SCHNEIDKOPF,
WASSERDUESEN UND FOKUSDUESEN 53
5.3 ZUSATZEINRICHTUNGEN ZUR STABILISIERUNG DES SCHNEID- SOWIE
ANBOHRPROZESSES FUER SCHWER BEARBEITBARE, SPROEDE MATERIALIEN MIT
REDUZIERTEN STRAHLDURCHMESSERN BEI NIEDRIGEN WASSERDRUECKEN UND
VERRINGERTEN ABRASIVMITTELMASSENSTROEMEN 54
5.4 ANLAGENTECHNIK FUER DAS ZWEIDIMENSIONALE PRAEZISERE MIKRO-
WASSERABRASIVINJEKTORSTRAHLSCHNEIDEN DUKTILER UND SPROEDER MATERIALIEN
... 56
5.4.1 BESONDERHEITEN DER FUEHRUNGSMASCHINE HINSICHTLICH DER BEARBEITUNG
SPROEDER WERKSTOFFE UND FRAGILER WERKSTUECKE 56
5.4.2 ENTWICKLUNG EINES FUER UNTERSCHIEDLICHE DUKTILE UND SPROEDE
ZIELWERKSTOFFE GEEIGNETEN SPANNKONZEPTES FUER DAS ANLAGENKONZEPT AN
DER TU CHEMNITZ 57
5.4.3 GENUTZTE CAD-CAM-NC- PROZESSKETTE 58
5.5 KURZRESUEMEE HINSICHTLICH DER BEARBEITUNG DUKTILER MATERIALIEN UND
FRAGILER WERKSTUECKE AUS SCHWER BEARBEITBAREN, SPROEDEN ZIELWERKSTOFFEN ..
59
6 TECHNOLOGIEENTWICKLUNG FUER EINE ZWEIDIMENSIONALE
PRAEZISIONSBEARBEITUNG MIT DEM MIKRO-
WASSERABRASIVINJEKTORSTRAHL 61
6.1 ERLAEUTERUNGEN ZU RAHMENBEDINGUNGEN 61
6.2 SIGNIFIKANTE ZUSAMMENHAENGE DES
WASSERABRASIVINJEKTORSTRAHLSCHNEIDENS... 62
6.2.1 PRINZIPIELLER EINFLUSS DER SCHNITTPARAMETER AUF DIE MAKROSKOPISCHE
FORM
DER SCHNITTFUGE UND DIE OBERFLAECHENSTRUKTUR AN DER SCHNITTKANTE 62
6.2.2 EINFLUESSE AUF DIE ERREICHBARE GENAUIGKEIT UND TOLERANZEN 72
6.2.3 AUSWAHL EINES REPRAESENTATIVEN DEMONSTF!ATORS 75
6.3 TECHNOLOGIEENTWICKLUNG INKLUSIVE SCHNEIDPARAMETERERMITTLUNG FUER DAS
ANBOHREN UND SCHNEIDEN DUKTILER ZIELWERKSTOFFE 76
6.3.1 ANMERKUNGEN ZUR TECHNOLOGIE FUER DIE FERTIGUNG AUSSAGEKRAEFTIGER,
ZWEIDIMENSIONALER DEMONSTRATOREN UND BEARBEITUNGSBEISPIELE FUER DUKTILE
UND SPROEDE ZIELWERKSTOFFE
76
6.3.2 BEARBEITUNG DUKTILER, METALLISCHER ZIELWERKSTOFFE DURCH MIKRO-
WASSERABRASIVINJEKTORSTRAHLEN MIT 0,3 MM STRAHLDURCHMESSER AM BEISPIEL
VON TITAN, GOLD, VA- STAHL, MOLYBDAEN, ALUMINIUM UND KUPFER ..*
77
6.3.3 ZWISCHENFAZIT ZUR BEARBEITUNG DUKTILER WERKSTOFFE 82
6.4 WEITERE ANWENDUNGSMOEGLICHKEITEN DES MIKRO-
WASSERABRASIVINJEKTORSTRAHLES IN DER ZWEIDIMENSIONALEN BEARBEITUNG VON
BESCHICHTETEM ALUMINIUM, MATERIALVERBUNDEN UND CFK 83
6.4.1 SCHNEIDEN VON KUNSTSTOFFUMMANTELTEN BOWDENZUEGEN AUS STAHL 83
6.4.2 SCHNEIDEN EINES BESCHICHTETEN ALUMINIUMBAUTEILS 83
6.4.3 ANBOHREN UND SCHNEIDEN ZUR HERSTELLUNG DES DEMONSTRATORS
SCHWIBBOGEN AUS SCHICHTWEISEN MATERIALKOMBINATIONEN 84
6.5 TECHNOLOGIEENTWICKLUNG FUER DAS ZWEIDIMENSIONALE ANBOHREN UND
SCHNEIDEN SPROEDER UND SENSIBLER MATERIALIEN SOWIE DUENNER
ZERBRECHLICHER WERKSTUECKE MIT REDUZIERTEM STRAHLDURCHMESSER VON 0,3
MM UNTER VERWENDUNG VON ZUSATZEINRICHTUNGEN 85
6.5.1 MATERIALSPEZIFISCHE ANFORDERUNGEN AN DIE BEARBEITUNG SPROEDER
WERKSTOFFE 85
6.5.2 VORGEHENSWEISE UND METHODIK ZUR UMSETZUNG DES VERFAHRENS FUER
SCHWER
ZU BEARBEITENDE, SPROEDE WERKSTOFFE UND FRAGILE WERKSTUECKE 89
6.5.3 UMSETZUNG IM RAHMEN DER ANLAGENTECHNIK INKL. ERFORDERLICHER
ZUSATZEINRICHTUNGEN 91
6.5.4 TECHNOLOGISCHE PARAMETER UND GRUNDLAGEN 95
6.5.5 VERIFIZIERENDE DEMONSTRATOREN UND ANWENDUNGSBEISPIELE FUER DAS
ANBOHREN UND SCHNEIDEN FILIGRANER WERKSTUECKE AUS SPROEDWERKSTOFFEN
AM BEISPIEL VON GLAS UND SILIZIUM 98
6.5.5.1 MINIATURSCHWIBBOGEN UND ANBOHRMATRIX AUS GLAS 98
6.5.5.2 MINIATURSCHWIBBOGEN UND ANBOHRMATRIX AUS SILIZIUM 100
6.5.5.3 WEITERE BEISPIELE FUER DIE BEARBEITUNG VON GLAS MIT DEM MLKRO-
WASSERABRASIVINJEKTORSTRAHL 101
6.5.6 RESUEMEE ZUM ANBOHREN UND SCHNEIDEN SCHWER BEARBEITBARER, SPROEDER
ZIELWERKSTOFFE UND FRAGILER, ZERBRECHLICHER WERKSTUECKE 104
6.6 SCHNEIDEN VON HOCHFESTEN HOCHLEISTUNGSKERAMIKEN MIT VERRINGERTEM
STRAHLDURCHMESSER SOWIE VERWENDBARKEIT KERAMISCHER ABRASIVMITTEL UND
FOKUSDUESEN FUER DEN MIKRO-WASSERABRASIVINJEKTORSTRAHLSCHNEIDPROZESS ...
105
6.6.1 RANDBEDINGUNGEN, ANFORDERUNGEN UND GRUNDLAGEN DES MIKRO-
WASSERABRASIVINJEKTORSTRAHLSCHNEIDENS HOCHFESTER KERAMISCHER
WERKSTOFFE
105
6.6.2 UNTERSUCHUNGEN ZUM MISCHPROZESS
VON
FEINKOERNIGEM KERAMISCHEM
ABRASIVMITTEL AM BEISPIEL VON SILIZIUMCARBID 108
6.6.3 UNTERSUCHUNGEN ZUR NUTZUNG KERAMISCHER FOKUSDUESEN AUS
SILIZIUMCARBID ..
109
6.6.4 BESCHREIBUNG DES SCHNEIDENS HOCHFESTER HOCHLEISTUNGSKERAMIKEN MIT
REDUZIERTEM STRAHLDURCHMESSER UND KERAMISCHEM ABRASIVMITTEL
(SILIZIUMCARBID)
109
6.6.5 STRUKTURIEREN VON OBERFLAECHEN AM BEISPIEL VON C-SIC 110
6.6.6 RESUEMEE, MOEGLICHE EINSATZBEREICHE UND EINSCHRAENKUNGEN DER
VERWENDUNG
KERAMISCHER ABRASIVMITTEL ZUM SCHNEIDEN VON HOCHLEISTUNGSKERAMIKEN
111
6.7 NUTZUNG VON WASSERABRASIVINJEKTORSTRAHLDURCHMESSERN UNTER 0,3 MM 112
6.8 FAZIT ZUR TECHNOLOGIEENTWICKLUNG UND VERIFIZIERUNG FUER DIE
ZWEIDIMENSIONALE NUTZUNG DES MIKRO-WASSERABRASIVINJEKTORSTRAHLES IN
UNTERSCHIEDLICHEN ANWENDUNGSDOMAENEN BEI DER BEARBEITUNG DUKTILER UND
SPROEDER ZIELWERKSTOFFE
114
7 MOEGLICHKEITEN DER DREIDIMENSIONALEN 5-ACHS-
PRAEZISIONSBEARBEITUNG MIT DEM MIKRO-
WASSERABRASIVINJEKTORSTRAHL 116
7.1 NUTZUNG DES MIKRO-WASSERABRASIVINJEKTORSTRAHLSCHNEIDENS
FUER
DIE 3D-
5ACHS- PRAEZISIONSBEARBEITUNG 116
7.2 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGENVERSUCHE ZUR DREIDIMENSIONALEN BEARBEITUNG
DUKTILER UND SPROEDER ZIELWERKSTOFFE
MIT DEM MIKRO-
WASSERABRASIVINJEKTORSTRAHL 117
7.2.1 RANDBEDINGUNGEN FUER EINE NUTZUNG DES MIKRO-
WASSERABRASIVINJEKTORSTRAHLSCHNEIDENS FUER EINE DREIDIMENSIONALE
BEARBEITUNG 117
7.2.2 ENTWICKLUNG UND NUTZUNG EINER DREH- SCHWENKVORRICHTUNG FUER
GRUNDLAGENUNTERSUCHUNGEN AUF ZWEIDIMENSIONAL ARBEITENDEN ANLAGEN AN
DER TU CHEMNITZ 121
7.2.3 GRUNDLEGENDE 3D- SCHNEID- UND ANBOHRVERSUCHE MIT VERSCHIEDENEN
ANSTELLWINKELN AN UNTERSCHIEDLICHEN DUKTILEN UND SPROEDEN MATERIALIEN
122
7.2.3.1 AUSWAHL VON REPRAESENTATIVEN WERKSTOFFEN UND DEMONSTRATOREN 122
7.2.3.2 RAEUMLICHES SCHNEIDEN VON DUKTILEN WERKSTOFFEN, EXEMPLARISCH FUER
VA-
STAHL UND ALUMINIUM 123
7.2.3.3 RAEUMLICHES ANBOHREN UND SCHNEIDEN VON SPROEDWERKSTOFFEN AM
BEISPIEL
VON GLAS 126
7.2.3.4 BEURTEILUNG DER SCHNITTKANTENTOPOGRAFIEN FUER DIE UNTER EINEM
ANSTELLWINKEL DES MIKRO-WASSERABRASIVINJEKTORSTRAHLES
VON 30
(ZUR
SENKRECHTEN AUF DEM ZIELWERKSTUECK) GESCHNITTENEN ZIELWERKSTOFFE GLAS
UND ALUMINIUM 131
7.3 ANLAGENTECHNIK FUER EINE 3D-5ACHS-PRAEZISIONSSEARBEITUNG MIT DEM
WASSERABRASIVINJEKTORSTRAHL 134
7.3.1 AUSWAHL EINES GEEIGNETEN KONZEPTES FUER DIE KINEMATIK DER
FUEHRUNGSMASCHINE 134
7.3.2 GRUNDLAGENUNTERSUCHUNGEN ZUR EIGNUNG MOEGLICHER ANLAGENKOMPONENTEN
FUER DIE KINEMATISCHEN UND ANLAGENTECHNISCHEN RANDBEDINGUNGEN 135
7.3.2.1 ABRASIVMITTELDOSIERUNG, ABRASIVMITTELVORRAT UND
ABRASIVMITTELZUFUEHRUNG
135
7.3.2.2 BETRACHTUNG DES EINFLUSSES DES NEIGUNGSWINKELS AUF
HOCHDRUCKVENTIL
UND SCHNEIDPROZESS 137
7.4 ANALYSE UND UNTERSUCHUNGEN ZU GEFAEHRDUNGEN UND ASPEKTEN DES
ARBEITSSCHUTZES 139
7.5 AUSGEWAEHLTE, ALLGEMEINE ANFORDERUNGEN AN EIN CAM- SYSTEM UND DEREN
UMSETZUNG AM BEISPIEL *HYPERMILL 140
7.6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK ZUR NUTZUNG VERRINGERTER
WASSERABRASIVINJEKTORSTRAHLDURCHMESSER FUER DIE RAEUMLICHE BEARBEITUNG .
143
8 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 145
8.1 ZUSAMMENFASSUNG 145
8.2 AUSBLICK 147
LITERATURVERZEICHNIS 149
ANLAGEN
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Inhaltsverzeichnis