Fertigungstechnik: Blechbearbeitung & Prozesskette

Okay, hier sind die Lernnotizen zum Dokument:

Fertigungslehre: Schwerpunktsetzung

• Die Vorliegende Präsentation befasst sich mit diversen Fertigungstechniken und -prozessen
• Sie geht von der Blechbearbeitung über Beschichtungstechniken bis hin zu modernen Konzepten wie der Elektronikproduktion und nachhaltigen Produktionsstrategien

Prozesskette der Karosseriefertigung

• Der Prozess beginnt im Walzwerk, wo Brammen zu Coils gewalzt werden
• Im Presswerk erfolgt das Tiefziehen und Schneiden der Coils
• Verschiedene Nachformoperationen verändern die Form weiter
• In der Rohbau/Karosserie werden die Teile durch Fügen zur Rohkarosserie verbunden

Walzen von Blechen

• Längswalzen ist ein Verfahren, bei dem das Walzgut senkrecht zu den Walzachsen ohne Drehung durch den Walzspalt bewegt wird
• Es gibt unterschiedliche Walzverfahren, darunter Längswalzen, Querwalzen und Schrägwalzen

Schneiden und Scherschneiden

• Schneidprozesse, wie das Scherschneiden, gehören zur Hauptgruppe Trennen nach DIN 8580
• Trennen ändert die Form eines festen Körpers, wobei der Zusammenhalt örtlich aufgehoben wird
• Verfahrensvarianten des Scherschneidens unterscheiden sich nach der Werkzeuggeometrie (Offenschneiden, Geschlossenschneiden, Vollkantig, Kreuzend)

Widerstandsschweißen

• Zweiseitiges Punktschweißen wird durch Elektrodenkraft, Stoffwiderstände und einen Transformator realisiert
• Es entsteht bei diesem Prozess ein Kontaktwiderstand

Tiefschweißen

• Tiefschweißen findet hauptsächlich Anwendung im Präzisions- und Karosseriebau und wird für Stähle und Leichtmetalle verwendet
• Das Prinzip beinhaltet einen Laserstrahl, der durch Schutzgas eine Schweißnaht erzeugt, mit Metalldampf/Plasma und einer Dampfkapillare

Wolfram-Inertgasschweißen (WIG)

• WIG verwendet Kühlwasser und Schutzgas
• Zusatzwerkstoff und eine Wolfram-Elektrode kommen auch zum Einsatz

Zusammenfassung Schweißen

• Beim Scherschneiden wird ein Werkstoff mittels zweier sich aneinander vorbeibewegender Schneiden zerteilt
• Phasen beim Abscheren sind elastische/plastische Verformung, Rissbildung und Durchreißen
• Die Schneidkraft hängt von der Werkzeuggeometrie ab (vollkantig/kreuzend)
• Für stoffschlüssiges Verbinden gibt es verschiedene Schweißprozesse
• Die Schweißbarkeit hängt vom Werkstoff, Fertigung und Konstruktion ab
• Wichtige Schweißtechnologien im Karosseriebau sind Widerstands- und Laserschweißen

Beschichtungsstoffe

• Beschichtungsstoffe setzen sich aus flüssigen und festen Komponenten zusammen
• Flüssige Bestandteile sind Buntlack und Klarlack, die Bindemittel, Filmbildner (Harze), Hilfsstoffe und Lösemittel enthalten
• Feste Bestandteile sind Pulver-Klarlack und Pulver-Buntlack
• Eine Standard Lackschicht auf einer Karosserie besteht aus mehreren Schichten
• Klarlack (40 µm) sorgt für Glanz und Kratzschutz
• Basislack (20 µm) bestimmt die Farbgebung
• Füllerschicht (40 µm) bietet Steinschlagschutz
• Grundierung (20 µm) schützt vor Rost und dient der Haftung
• Karosserieblech ist ca. 0.8 mm dick
• Zink-Phosphatierung (2 µm) dient der Haftung

Bildung einer Lackschicht beim Spritzlackieren

• Das Verfahren besteht aus drei Schritten:
• Applikation: verteiltes Auftreffen erzeugt Berge und Täler
• Lösemittel verdunstet: Lackschicht ebnet sich ein und schrumpft
• Trockenfilm: Chemischer Prozess bildet robuste Schicht

Verfahrensschritte der Beschichtung

• Es gibt detaillierte und anspruchsvolle Verfahrensschritte zum Auftragen von Lacken (Vorreinigen, Phosphatieren)
• Im Verfahren kommen Füller-Linie, KTL und UBS zum Einsatz
• Im Verfahren werden oft mehrere Trockner eingesetzt
• Auch Klarlack und Basislackschichten kommen zum Einsatz

Hochrotationsglocke

• Eine Hochrotationsglocke rotiert mit bis zu 80.000 U/min und versprüht den Lack

Elektrostatische Applikation

• Bei der elektrostatischen Applikation werden die Lacktropfen durch elektrische Feldkräfte transportiert und durch Coulomb-Kräfte abgeschieden
• Ein Faraday-Käfig verhindert das Anhaften auf unerwünschten Stellen

Pulverbeschichten

• Beim elektrostatischen Abscheiden wird Pulverlack in einer Beschichtungskabine aufgetragen
• Überschüssiges Pulver wird zurückgewonnen und wiederverwendet
• Es erfolgt mit einer Pulversprühpistole mit Overspray
• Vorteile der Pulverbeschichtung:
  • Lösemittelfrei
  • Recyclingfähig
  • Geringe Toxizität
  • Kurze Trocknungszeiten
• Nachteile der Pulverbeschichtung:
  • Keine niedrigen Schichtdicken möglich
  • Weniger Glanz
  • Höhere Einbrenntemperaturen
  • Aufwendigere Dosier- und Fördertechnik
  • Weniger Farbauswahl

Eigenschaften metallischer Werkstoffe

• Metalle besitzen umfangreiche verschiedene Eigenschaften
• Thermische Eigenschaften: Wärmeleitung und Wärmeausdehnung
• Elektrische Eigenschaften: Elektrische Leitfähigkeit und elektrischer Widerstand, Magnetismus
• Chemische Eigenschaften: Korrosion
• Optische Eigenschaften: Reflexion

Wärmebehandlungsverfahren Stahl

• Durch Umwandlung des Gefüges kann die mechanische Widerstandsfähigkeit von Stahl erhöht werden
• Mögliche Verfahren sind Durchhärten, Oberflächenhärten und Einsatzhärten
• Bei allen Verfahren gibt es noch weitere Unterteilungen

Glühverfahren

• Diffusionsglühen: Beseitigung von Seigerungszonen
• Grobkornglühen: Verbesserung der Zerspanbarkeit
• Normalglühen: Beseitigung von Grobkornbildung, Gefüge- und Eigenschaftsänderungen
• Weichglühen: Verbesserung der Bearbeitbarkeit von C-Stählen
• Spannungsarmglühen: Abbau innerer Spannungen, Reduktion von Verzug bei Bearbeitung
• Rekristallisationsglühen: Glühen ohne Phasenänderung

Gittertypen metallischer Werkstoffe

• Die häufigsten Gittertypen sind KFZ (kubisch-flächenzentriert), KRZ (kubisch-raumzentriert) und HDP (hexagonal dichteste Packung)

Eigenschaften von Stahl

• Qualitativer Einfluss von Dehnung, Festigkeit, Haeärte und Korngröße

Fertigungsverfahren Drehen

• Mögliche Prozessschritte sind Querplandrehen, Querabstechdrehen, Längs-Plandrehen, Gewindedrehen, Längs-Runddrehen, Längsprofildrehen usw.
• Es gibt viele verschiedene Arten von Spänen (Band, Wirr, Flach, Schräg, Kurz, Lang etc.)
• Der Freiwinkel, Spanwinkel, Eckenwinkel und Keilwinkel sind hier unter anderem wichtig

Geometrie und Krafteinwirkung beim Drehen

• Es gibt unterschiedliche Verschleißformen (Preßschweißungen, Kolkverschleiß, Zunderung)
• Die Schneidstoffe können in verschiedene Bereiche eingeordnet werden (Hartmetall, HSS / High Speed Steel)

Schrauben

• Eine Schraube wird oft in M (Metrisch) angegeben
• Ein Sechskantschraube mit Schaft hat entsprechende Normen

Zusammenfassung der verschiedenen Fertigungsprozesse

• Präzise Passungen mit guter Oberfläche = Honen
• Normung wichtig für Massenproduktion
• Statistische Schwankungen sind bei Herstellung und Messung zu erwarten
• Messunsicherheiten immer vorhanden
• Bei geringer Streuung kann im Messraum gemessen werden
• Inline Messung bei großer Streuung sinnvoll
• Messergebnisse können durch Mensch, Werkzeug und Methodik beeinflusst werden
• Herstellungsprozesse können durch Fähigkeitskennzahlen beurteilt werden

Inlinemessung

• Hohe Genauigkeit für Messraum
• Prozesssicherheit für Inlinemessung

Gusswerkstoffe

• Eisengusswerkstoffe: Stahlguss oder Gusseisenwerkstoffe (Lamellengraphit, Kugelgraphit, Vermiculargraphit, Temperguss)
• Nichteisenmetallgusswekstoffe: Leichtmetalllegierungen (Aluminium- / Magnesiumlegierungen) und Schwermetalliegierungen (Zink- / Kupferlegierungen)

Urformen aus dem flüssigen Zustand

• Feingießen (Gießen mit verlorener Form): Gießen der Wachsmodelle, Zusammensetzen der Modelle, Tauchen in Keramik, Besanden, Hinterfüllen, Ausschmelzen, Gießen, Trennen
• Druckguss (Warmkammer-Druckgießen): Gießkammer im beheizten Metallbad, vertikal angeordnet, verwendet niedrige Schmelzpunkte

Gestaltung

ungünstig: Materialanhäufung, Lunkerbildung günstig: Versetzte Verrippung, Kanten entschärft, Gute Spannnungsübertragung, konstante Wanddicken

ungünstig: bearbeitete flächen, Kraft Zug, Druck günstig: Ein-/Auslauf vorsehen, Zug,Druck

Bearbeitung durch Fräsen

• Spanen mit kreisförmiger Schnittbewegung
• Rechtwinkelig zur Drehachse ist die Vorschubbewegung
• Fräsverfahren können nach Werkstückgeometrie eingeteilt werden (DIN 8589)
• Arten: Planfräsen, Rundfräsen oder Schraubfräsen

Galvanisieren

• Beschichtung aus ionisiertem Zustand nach DIN 8580
• Elektrochemische Prozesse
• Physikalische Prozesse
• Anlagentechnik
• Badgeometrie oder Bauteilhalterung

Galvaniesieranlage

• Zusammensetzen der Prozessmodulen
• Vor- oder Nachbehandlung
• Chromatisierung und Versiegelung von Ziehschichten

Thermisches Spritzen

• Lichtbogenspritzen
• Spritzdraht / Kotaktierung
• Zerstäubergas
• Lichtbogen

Kunststoffe

• Thermoplaste: Lineare Makromoleküle (amorph / teilkristallin)
• Duromere: Stark verzweigte Makromoleküle
• Elastomere: Leicht verweigte Makromoleküle

Spritzguss - verwendete Schnecke

• Aufgaben: Fördern, Plastifizieren und Homogenisieren von Formmassen
• Aufbau Universalschnecke
• Einzugszone, Kompressionzone und Meteringzone

Schaum-Formgebung

• Es können sowohl physikalische wie auch chemische Schäume verwendet werden
• Chemisches Schäumen: Zugabe von Substanzen für eine Zersetzungstemperatur
• Physikalisches Schäumen: Flüssigkeit wird dem Aufschäumen zugegeben

Extrusion

• Grundlagen der Extrusion
• Zylinder, Befülltrichter, Extrudat
• Herstellung von Folien durch Extrusion

Schweißen von Kunststoffen

• Schweißverfahren
• Ultraschall oder Laser

Die Eigenschaften von Lehm

• Silikat oder Nichtoxidkeramik
• Verbundwerkstoffe
• Unterschiedliche Anwendungsbereiche
• Hochtemperaturwerkstoffe / Isolation

Aufbau der Keramik

• Härte / Duktilität
• elektrische Leitfähigkeit
• Dichte der Keramiken
• Thermische Ausdehnung

Bauteile aus Keramik

• Abfolge der Prozesse Formgebung -> Grünbearbeitung -> Glühen -> Hartbearbeitung -> Bauteil

Chemische Prozesse

• Mechaniken
• Strangpressen
• Schlickergießen

Grünbearbeitung

Weißbearbeitung

• Bearbeitung unter Verwendung ungeformter Körper
• Bearbeitung von Teilen nach dem Vorsintern

Verarbeitungstemperatur

• Gasphasendiffusion
• Gitterdiffusion
• Korngrenzendiffusion Veränderung des Aggregatzustandes
• Grünbearbeitung vs. Weissbearbeitung
• Verfestigung
• Schwindung

Block III/III

• Grünbearbeitungsprozesse
• Prozess der Versinterung
• Keramische Produkte und ihre Eigenschaften

Leichtbau

• Optimierung eines Produktes in Bezug auf technologische, wirtschaftliche und ökologische Aspekte
• Konzeptleichtbau / Konstruktionsleichtbau

Anwendung von FVKs

• Sie haben gute Eigenschaften
• Sie können in neuen Anwendungsfeldern zum Einsatz kommen
• Geringes Gewicht
• Neue Eigenschaften

Herausvorderung

• Bauteile sind zu teuer bei CFK Verarbeitung

Nachhaltigfkeit bei Einsatz von CFKs

• Reduzierung der Kosten durch den Einsatz von CFKs

Werkzeugkosten

• Darstellung zeigt die Verteilung der Kosten

Fertigungsverfahren

• Additive Fertigung wird immer wichtiger für die produzierenden Betriebe

Digitale Veränderung

• Es werden immer mehr Daten erzeugt und verarbeitet