Simulationsgestützte Mikrofräsbearbeitung gehärteter Werkzeugstähle zur Herstellung filigraner Formelemente und funktionaler Oberflächenstrukturen:
Gespeichert in:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
[Essen]
Vulkan Verlag
[2017]
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| Schriftenreihe: | Schriftenreihe des ISF
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Datensatz im Suchindex
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|---|---|
| adam_text | INHALTSVERZEICHNIS
ABKUERZUNGEN
......................
FORMELZEICHEN.........................................................................................................................XV
1
EINLEITUNG..............................................................................................................................
1
2 GRUNDLAGEN UND STAND DER
TECHNIK................................................................................
3
2.1 ANFORDERUNGEN AN MIKROFORMWERKZEUGE IM WERKZEUG- UND FORMENBAU
........
3
2.2 EIGENSCHAFTEN DER WERKZEUGSTAEHLE UND IHRE EINSATZGEBIETE
.............................
4
2.3 FERTIGUNGSTECHNOLOGIEN ZUR HERSTELLUNG VON MIKROFORMEN
..................................
5
2.3.1
MIKROFUNKENEROSION..............................................................................................6
2.3.2
MIKROLASERABLATION................................................................................................
7
2.3.3
MIKROZERSPANUNG..................................................................................................
8
2.4 MIKROFRAESTECHNOLOGIE UND HARTBEARBEITUNG
............................................................
9
2.4.1 GRUNDLAGEN DER
HARTBEARBEITUNG.......................................................................9
2.4.2 MIKROWERKZEUGE FUER DIE
HARTZERSPANUNG.......................................................11
2.4.3
GROESSENEFFEKTE......................................................................................................
12
2.4.4
SPANBILDUNGSMECHANISMEN..............................................................................14
2.4.5
WERKZEUGVERSCHLEISS...........................................................................................16
2.4.6
WERKZEUGABDRAENGUNG.......................................................................................
18
2.5 SIMULATIONSTECHNIKEN IN DER MIKROFRAESBEARBEITUNG
.............................................
20
2.5.1 ANALYTISCHE
METHODEN.......................................................................................22
2.5.2 EMPIRISCHE MODELLE
...........................................................................................
23
2.5.3 FE-BASIERTE
MODELLIERUNGSMETHODEN..............................................................24
2.5.4 GEOMETRISCH-PHYSIKALISCHE MODELLIERUNGSANSAETZE
.....................................
26
2.6 FUNKTIONALE
OBERFLAECHENSTRUKTURIERUNG.................................................................27
2.6.1 KLASSIFIZIERUNG VON TECHNISCHEN
OBERFLAECHEN...............................................28
2.6.2 CHARAKTERISIERUNG VON TECHNISCHEN
OBERFLAECHEN.........................................29
2.6.3 AUSLEGUNG UND ANWENDUNGSBEREICHE VON OBERFLAECHENSTRUKTUREN
.........
30
2.6.4 BIONISCH MOTIVIERTE
OBERFLAECHEN......................................................................32
2.6.5 FERTIGUNGSTECHNOLOGIEN ZUR HERSTELLUNG VON MIKROSTRUKTUREN
...................
33
3 MOTIVATION UND
ZIELSETZUNG..............................................................................................35
4 EXPERIMENTELLE
RANDBEDINGUNGEN................................................................................
37
4.1
WERKZEUGMASCHINE...................................................................................................37
4.1.1 VERWENDETE
HAUPTSPINDELN...............................................................................
37
4.1.2
KUEHLSCHMIERSTOFFVERSORGUNG.............................................................................
39
4.2
VERSUCHSWERKZEUGE...................................................................................................40
4.3
VERSUCHSWERKSTOFFE....................................................................................................41
4.4
VERSUCHSVORBEREITUNG...............................................................................................
41
4.5 STATISTISCHE VERSUCHSPLANUNG UND -DURCHFUEHRUNG
................................................
44
4.6 MESS- UND
ANALYSETECHNIK.......................................................................................
45
4.6.1
KRAFTMESSUNG......................................................................................................
46
4.6.2
WEGMESSUNG.......................................................................................................
47
4.6.3 DIGITALE
MIKROSKOPIE...........................................................................................48
4.6.4 RASTERELEKTRONENMIKROSKOPIE
..........................................................................
49
4.6.5 KONFOKALE
WEISSLICHTMIKROSKOPIE......................................................................49
4.6.6
STREIFENLICHTMIKROSKOPIE.....................................................................................51
4.6.7
TEMPERATURMESSUNGEN......................................................................................
51
4.7 RECHNERGESTUETZTE
PROZESSKETTE..............................................................................53
4.7.1 C A D
.......................................................................................................................
53
4.7.2
CAM.......................................................................................................................
53
4.7.3
PROZESSSIMULATION..............................................................................................
54
4.8 TRIBOLOGISCHE
PRUEFSYSTEME.......................................................................................
55
4.8.1
TRIBOMETER............................................................................................................
55
4.8.2
RINGSTAUCHVERSUCH.............................................................................................56
4.8.3
VERSCHLEISSPRUEFSTAND............................................................................................58
5 GRUNDLAGENUNTERSUCHUNGEN ZUM
MIKROFRAESEN...........................................................59
5.1 WERKZEUGBEANSPRUCHUNG UND
-VERSCHLEISS.............................................................59
5.1.1 CHARAKTERISTISCHE VERSCHLEISSERSCHEINUNGEN BEIM MIKROFRAESEN
GEHAERTETER
WERKZEUGSTAEHLE...............................................................................60
5.1.2
WERKZEUGEINFLUSS..............................................................................................
62
5.1.3 DISKUSSION DER
WERKZEUGAUSWAHL..................................................................64
5.1.4 CHARAKTERISIERUNG DES WERKZEUGVERSCHLEISSES
............................................
67
5.1.5 UNTERSUCHUNGEN ZUM GLEICH- UND GEGEN LAUFFRAESEN
...................................
70
___________________________________________________________________________XI
5.1.6 EINSATZ UNTERSCHIEDLICHER KUEHLSCHMIERSTOFFKONZEPTE
..................................
71
5.1.7 EINFLUSS DER SCHNITTPARAMETER
..........................................................................
73
5.2 UNTERSUCHUNGEN ZUR
OBERFLAECHENQUALITAET..............................................................74
5.2.1 SPANBILDUNG BEIM MIKROFRAESEN VON GEHAERTETEM WERKZEUGSTAHL
..............
75
5.2.2
OBERFLAECHENAUSBILDUNG......................................................................................76
5.2.3 PLOUGHING UND
GRATBILDUNG...............................................................................
76
5.2.4
WERKZEUGEINFLUSS...............................................................................................
78
5.2.5 EINLAUFVERHALTEN DER
MIKROFRAESWERKZEUGE......................................................79
5.2.6 OPTIMIERUNG DER SCHNEIDENGESTALT FUER DIE MIKROHARTBEARBEITUNG
.............
80
5.2.7 TRIBOLOGISCHE UNTERSUCHUNGEN VON MIKROGEFRAESTEN OBERFLAECHEN
............
86
5.3 KOMPENSATIONSSTRATEGIEN ZUR REDUZIERUNG DER MASS- UND FORMABWEI
CHUNGEN
.......................................................................................................................
38
5.4 TEMPERATURENTWICKLUNG IM
MIKROFRAESPROZESS.......................................................92
5.4.1 ERMITTLUNG DES
EMISSIONSGRADS.......................................................................93
5.4.2 ANALYSE DER WERKZEUGBELASTUNG ANHAND DER TEMPERATURENTWICK
LUNG........................................................................................................................
94
5.4.3 EINFLUSS DER SCHNITTPARAMETERWERTE AUF DIE TEMPERATURENTWICKLUNG
......
96
5.4.4 ANALYSE DER MASS- UND FORMAENDERUNG AUFGRUND DES TEMPERATUR
ANSTIEGS................................................................................................................
96
5.4.5 DISKUSSION UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERGEBNISSE
.................................
102
6 ERWEITERTE PROZESSBEWERTUNG ANHAND EINER VORSCHUBSIMULATION
.........................
105
6.1 ERMITTLUNG DES MASCHINENVERHALTENS
..................................................................
106
6.1.1 ANALYSE DES BESCHLEUNIGUNGS- UND ABBREMSVERHALTENS
.........................
107
6.1.2 EINFLUSS VON RADIEN UND
TOLERANZANGABEN................................................ 107
6.1.3 ABSTAND ZUR EINLEITUNG DER
BREMSBEWEGUNG..............................................108
6.1.4 ANALYSE DER MASCHINENTOTZEIT
........................................................................
109
6.2 ENTWICKLUNG EINES
MASCHINENERSATZMODELLS......................................................109
6.3 VALIDIERUNG DER
VORSCHUBSIMULATION.....................................................................111
6.4 FERTIGUNG VON FORMELEMENTEN FUER DIE B M U
.......................................................113
6.5
FAZIT............................................................................................................................
116
7 OBERFLAECHENSTRUKTUREN ZUR TRIBOLOGISCHEN OPTIMIERUNG VON UMFORM PRO
ZESSEN................................................................................................................................119
7.1 BIONISCH MOTIVIERTE OBERFLAECHENSTRUKTUREN
........................................................
120
7.2 TECHNOLOGISCHE OBERFLAECHENSTRUKTUREN
..............................................................
120
7.3 PROZESSKETTE ZUR HERSTELLUNG VON OBERFLAECHENSTRUKTUREN
...............................
124
7.4 HERAUSFORDERUNGEN DER OBERFLAECHENSTRUKTURIERUNG
..........................................
124
7.4.1 EINSCHRAENKUNGEN DURCH DAS CAD/CAM-SYSTEM
........................................
125
7.4.2 GRATBILDUNG BEI DER
STRUKTURFERTIGUNG............................................................126
7.4.3 EINFLUSS VON WERKZEUGVERSCHLEISS AUF DIE STRUKTURFERTIGUNG
....................
127
7.5 ERWEITERTE
PROZESSKETTE..........................................................................................129
7.5.1 BENCHMARK DER ERWEITERTEN
PROZESSKETTE....................................................130
7.5.2 KOMPENSATION DES WERKZEUGVERSCHLEISSES
.................................................
132
7.6 STRATEGIEN ZUR
PROZESSOPTIMIERUNG......................................................................
133
7.6.1 EINFLUSS DER VORSCHUBGESCHWINDIGKEIT AUF DIE
FERTIGUNGSQUALITAET..........133
7.6.2 EINFLUSS DER FERTIGUNGSTOLERANZ
.................................................
134
7.6.3 EINFLUSS DER
WERKZEUGANSTELLUNG..................................................................136
7.7 UEBERSICHT DER
FERTIGUNGSERGEBNISSE....................................................................137
7.8 TRIBOLOGISCHE
UNTERSUCHUNGEN.............................................................................
137
7.8.1 BALL-ON-DISC-VERSUCH
.......................................................................................
139
7.6.2
RINGSTAUCHVERSUCH...........................................................................................142
7.6.3 VERSCHLEISSUNTERSUCHUNGEN AN EINER SCHNELLLAEUFERPRESSE
........................
148
7.9 RANDZONENMODIFIKATION BEI DER FERTIGUNG VON OBERFLAECHENSTRUKTUREN
.......
149
7.10 GRENZEN UND MOEGLICHKEITEN DER OBERFLAECHENSTRUKTURIERUNG DURCH DAS
MIKROFRAESEN................................................................................................................150
6
ZUSAMMENFASSUNG...........................................................................................................
155
9
AUSBLICK..............................................................................................................................159
10
LITERATURVERZEICHNIS.........................................................................................................161
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