TDF Zusammenfassung WiSe 2021/22 Industrielle Revolution (PDF)

TDF Zusammenfassung WiSE 2021/22 Geschichte: Industrielle Revolution 1. Industrielle Revolution: Einführung mechanischer Produktionsanlagen mit Hilfe von Wasser und Dampfkraft à Massenproduktion, schlechte Arbeitsbedingungen (Bsp. Webstuhl) 2. Industrielle Revolution: Einführung arbe...

TDF Zusammenfassung WiSE 2021/22 Geschichte: Industrielle Revolution 1. Industrielle Revolution: Einführung mechanischer Produktionsanlagen mit Hilfe von Wasser und Dampfkraft à Massenproduktion, schlechte Arbeitsbedingungen (Bsp. Webstuhl) 2. Industrielle Revolution: Einführung arbeitsteiliger Massenproduktion mithilfe elektrischer Energie (Arbeitsteilung und Vereinfachung, Fließbandarbeit) 3. Industrielle Revolution: Einsatz von Elektronik und IT zur weiteren Automatisierung der Produkte 4. Industrielle Revolution (Industrie 4.0): cyberphysische Systeme = Vernetzung mechanischer Anlagen (Schaffung resilienter Anlagen/Prozesse) Einteilung Fertigungstechnik/ Industrielle Produktionstechnik ¥ Energietechnik: Ausnutzung Quellen, Umwandlung & Transport/Speicherung v. Energien (Solarzelle) ¥ Verfahrenstechnik: Produktion von formlosen Stoffen mit bestimmten physikalischen und chemischen Eigenschaften, Veränderung der Stoffeigenschaften (Bsp. Brauerei) ¥ Fertigungstechnik: ¥ Herstellung von festen Körpern geometrisch definierter Form und festen Eigenschaften, die zusammen ein funktionsfähiges Produkt ergeben durch die Anwendung verschiedener Fertigungsverfahren (Bsp. Fahrrad) o Kann oft über verschiedene Fertigungsverfahren erreicht werden o Auswahlkriterien: Wirtschaftlichkeit/ Kosten und Effizienz (Bsp. teures Material voll ausnutzen), Produktivität/ Dauer, Qualität, Prozesssicherheit, Umweltverträglichkeit, humane Arbeitsgestaltung, Flexibilität (für individuellere Produkte), Stückzahl, betriebliche Gegebenheiten o Ziel: möglichst wenige Zwischenformen durchlaufen (=geringer Fertigungspreis), Erhöhung Mengenleistung und Qualität à maßgeblich für Gewinn des Betriebs o Fertigung: Wandlung eines Rohzustandes in einen Fertigzustand, wobei die Überführung der Rohform über Werkstückzwischenformen zur Fertigform in einer möglichst geringen Anzahl von Zwischenformen erfolgen soll (Hiersing) Ordnung der vielen Fertigungsverfahren Schaffen der Form Ändern der Form Ändern der Stoffeigenschaften Zusammenhalt schaffen Zusammenhalt Zusammenhalt Zusammenhalt vermehren beibehalten vermindern Hauptgruppe Hauptgruppe Hauptgruppe Hauptgruppe Hauptgruppe Hauptgruppe 6 1 2 3 4 5 Stoffeigenschaften Urformen Umformen Trennen Fügen Beschichten ändern ¥ Hauptgruppe 1: Urformen: Fertigen eines festen Körpers aus formlosem Stoff durch das Schaffen des Zusammenhalts (Bsp. Gießverfahren, Pressen und Sintern von Pulver) ¥ Hauptgruppe 2: Umformen: Fertigen durch plastisches/ bildsames Ändern der Form eines festen Körpers, dabei werden Masse und Zusammenhalt beibehalten (in Kalt-, Warmumformungen; Blech, Massivumformungen unterteilt) (Bsp. Schmieden) 1 ¥ Hauptgruppe 3: Trennen: Fertigen durch das Ändern der Form eines festen Körpers, wobei der Zusammenhalt teilweise oder im Ganzen vermindert wird. Endform ist in der Ausgangsform enthalten. (Bsp. Zerteilen: (Laser-)Schneiden, Brechen; Spanen: Drehen, Bohren, Fräsen) ¥ Hauptgruppe 4: Fügen: Zusammenbringen von zwei oder mehr Werkstücken geometrisch bestimmter, fester Form oder von ebensolchen Werkstücken mit formlosem Stoff (Bsp. Schweißen, Löten, Verschrauben) ¥ Hauptgruppe 5: Beschichten: Aufbringen einer festen haftenden Schicht aus formlosem Stoff auf das Werkstück. (Bsp. Spritz-, Tauchlackieren) ¥ Hauptgruppe 6: Stoffeigenschaft ändern: Fertigen eines festen Körpers durch Umlagern, Aussondern oder Einbringen von Stoffteilchen, wobei eine willkürliche Formänderung nicht zum Wesen der Verfahren gehört (Bsp. Härten (Gefüge Änderung), Nitrieren (Einbringen von Stickstoff) ¥ Technologie: Wissenschaft von den Gesetzmäßigkeiten der Entwicklung und Produktion technischer Produkte (griechisch: Herstellungslehre) (Werkzeuge, Halbzeuge, Abläufe, Hilfsstoffe, Fertigungseinrichtung& ¥ Verfahren: Methoden zur Lösung von Problemen und Aufgaben -> Festgelegte Art Tätigkeit/Prozess auszuführen (Werkzeuge, Antrieb&) ¥ à Fertigungsverfahren: Methoden zur Herstellung von geometrisch bestimmten Produkten ¥ Prozess: Abläufe/ Vorgänge à Fertigungsprozess: Aufeinanderfolge v. Zuständen System (Abh. Vorbedingungen & äußeren Einflüssen) Folgen der Auswahl des Fertigungsverfahrens: ¥ Man kann nicht alle Werkstoffe und Verfahren kombinieren à begrenzen sich gegenseitig ¥ Festigkeit, Gefügebildung, Genauigkeit (Maßtoleranzen geben an genau die Maße des Werkstücks sein müssen, damit verschiedenen Teile zum Produkt zusammengesetzt werden können und funktionsfähig sind) ¥ Oberflächengüte/Rautiefe Rz (gemittelte Rautiefe -> je kleiner, desto glatter) (Raue/ Glätte der Oberfläche) hängt vom Fertigungsverfahren ab ¥ Wirtschaftlichkeit à Auswahl je nach Anforderungen des Produktes Wirtschaftlichkeit Kostenarten: ¥ Fixkosten: Gebäudekosten (Abschreibungen auf Grundstück/Gebäude, Miete), Anlagenkosten bzw. Abschreibungen, Gehälter -> konstant unabh. v. Produktionsmenge ¥ Variable Kosten: Materialstückkosten, Betriebsstoffkosten (Strom, Kraftstoffe, &) -> Abh. Menge ¥ Mischkosten: Wartungs- und Instandhaltungskosten, Lohnkosten (teilweise, Bsp. bei Leiharbeitern) è Je höher die Fixkosten, desto höher das Risiko, kann nur schlecht auf Entwicklungen im Markt reagieren è Auswahl des Fertigungsverfahrens hängt maßgeblich von der Stückzahl ab, je höher die Stückzahl, desto mehr kann die Produktion automatisiert werden. ¥ Einzelkosten: sind dem Produkt direkt zurechenbar (Bsp. Materialkosten, Anlagennutzung, Fertigungslohnkosten) ¥ Gemeinkosten: sind dem Produkt nicht zurechenbar (Bsp. Verwaltungskosten, Gebäudekosten) Handlungsoptionen: Bauteilgeometrie und -eigenschaften entsteht durch die Wechselwirkungen von Fertigungsverfahren (Prozesssicherheit, Automatisierungsgrad, Bauteilqualität, &), Konstruktion 2 (Funktionsprinzipen, Bauteilgestaltung, Toleranzen, &) und Werkstofftechnik (Vorbehandlung, Werkstoffauswahl, Werkstoffqualität, &) Fertigungsgerechte Konstruktion: ¥ Allgemein: Vereinfachung des Fertigungsprozesses, Erhöhung der Prozesssicherheit, Qualität, Automatisierungsgrad ¥ Speziell: Passende Konstruktion für entsprechendes Fertigungsverfahren Betrieb ¥ Def.: Produktionsstätte, die mit Hilfe von Produktionsverfahren industriell Güter herstellt; Dienstleistungsstätte, die Dienstleistungen erbringt. Dabei muss ihre Einrichtung an die Prozesse/ Arbeiten angepasst sein. ¥ Verschiedene Sichtweisen: o Betriebswirtschaftlich: Gewinn, Umsatz, Eigenkapital o Volkswirtschaftlich: Produktionseinheiten, Bruttonationaleinkommen, Arbeitsplätze o Technologisch: Informationen, Material, Energie o Arbeitswissenschaftlich: Luftverunreinigung, Farbgebung, Beleuchtung, Klima, Mechanische Schwingungen, Lärm o Konstruktionstechnisch: Funktion, Leistung, Wirkprinzip o Ökologisch: Ressourcenschonung, Umweltverträglichkeit, Nachhaltigkeit o Informationstechnisch o Vermarktungstechnisch ¥ Modell eines Betriebs: o Betriebsleitung entscheidet über Prozessgestaltung: § Konstruktion: Entwicklung und Konstruktion § Arbeitsvorbereitung: Fertigungsplanung und -steuerung § Fertigung: Bearbeitung, Handhabung, Lagerung, Transport § Montage: Fügen, Handhabung, Lagerung, Transport o Qualitätssicherung, Rechnungswesen regelt Prozesssteuerung (korrekte Umsetzung der Planung) ¥ Organisationsformen: o Linien-Organisation: § Abteilungen sind klar getrennt (Bsp. Konstruktion, Fertigung, Leitung Qualität) und wiederrum nochmal selbst unterteilt § + Jeder Mitarbeiter ist einem eindeutigen Vorgesetzten zugeordnet, geballte Kompetenz § - Hoher Koordinationsaufwand zwischen den einzelnen strikt getrennten Abteilungen § Aufgabe der Geschäftsleitung à evtl. Überlastung § Durch die horizontale Breite der Organisationsform dauert eine ganzeinheitliche Problemlösung sehr lange -> Ideal für Unternehmen, die nur ein Produkt oder Teile in Massenfertigung herstellen (kleinere Unternehmen) o Sparten-Organisation § Unternehmen in verschiedene Sparten unterteilt, diese sind selbst für sich verantwortlich § Zentrale Abteilungen für Themen, die das Gesamtunternehmen betreffen (Bsp. Personal, Recht, Finanzen) 3  § + Kompetenzen sind in Sparte gebündelt § + Schnelle Entscheidungen, Kommunikationswege § + Bessere Fokussierung auf Produkte § - Jede Sparte braucht Fachkräfte (Bsp. für Produktion) à Duplizierung von gewissen Funktionen (>Doppelarbeit Auswahlkriterien: Werkstück (Form, Gewicht, erforderte Formgenauigkeit), Werkstoff (Eisen- Kohlenstoff-Legierung o. Nichteisen-Legierung), Stückzahl, Herstellungskosten Formguss: Verlorene Formen aus Dauermodellen ¥ Nach Erstarrung wird die Form bei der Herausnahme des Bauteils zerstört. Der verwendete Formstoff kann nach der Wiederaufbereitung für die Herstellung der neuen, gleichen Form verwendet werden. ¥ Herstellung der Form, indem der Formstoff auf das Model aufgebracht wird (entspricht dem Aufbau des Gussteils) & nach der Verfestigung des Formstoffs entfernt wird. à Entstehung des Hohlraums in der Form ¥ Formstoffe: o Formgrundstoff (hauptsächl. Quarzsand) + Formstoffbindemittel (Silikate (Ton, Zement), Harze à Formteil benötigte Festigkeit verleihen) + Zusatz (je nach gewünschten Eigenschaften) = Formstoff o Kornform, Korngröße, Kornverteilung bestimmen die Eigenschaften des Formstoffsystems (Verbrauch an Bindemittel (möchte diesen minimal halten: teuer, ökologisch bedenklich); Verdichtbarkeit, Rauheit der Gussoberfläche, Gasdurchlässigkeit, Feuerfestigkeit) 5 ¥ Form- & Kernüberzüge (Schlichten): feuerfesten & schützenden Anstrich der Form zur Vermeidung von Reaktionen zwischen Form & flüssigem Metall ¥ Form- & Kernherstellung: in Abhängigkeit von der Bindung des Formstoffes unterschied. Verfahren: ¥ Sonderverfahren 3D Druck verlorener Formen o Druck Formen & Kerne -> Zusammensetzten & Abguss -> Entformen & Nachbearbeiten o Schichtweiser Aufbau d. Form/Kerne (Wdh.: Sandschicht & lokales Auftragen Binder) o Quarzsand mit Kalthärtendem Furanharz ¥ Mechanische Verfahren: o Formverfestigung durch eine mechanische Verdichtung (tongebundene Formstoffe) o Trockenguss: Form wird durch Trocknung (Erhitzung) Wasser entzogen, dadurch erhöht sich die Festigkeit & Feuerfestigkeit; Formstoff: fetter Formsand mit hohem Bindemittel- & Wasseranteil; in der Regel bei großen und schweren Gussstücken verwendet o Nassguss: Herstellung der Form ohne Trocknung; Formstoff: magerer Formsand, hoher Wasseranteil; wichtigstes Verfahren bei der Herstellung verlorener Formen ¥ Chemische Verfahren ¥ Physikalische Verfahren ¥ à in der Regel: Kombination aus chemischen & mechanischen Verfahren ¥ Handformen (hand moulding): 6  o Herdguss (open mould): Herd= mit Formsand gefüllte Gießgrube; offener Herdguss: Verwendung von einer Formhälfte, eingeschränkte Geometrie möglich (nur eine Seite geformt); gedeckter Formguss: obere Hälfte wird mit Formkasten bedeckt o Kastenformguss (flaskmoulding): Abguss in Formkasten, verklammern à hält hohen Druck aus, mehrteilig o Schablonenformguss (temlate moulding): für rotationssymmetrische Gussteile (Spezialfall), drehbare Schablone à Schmelze an Außenwände geschleudert ¥ Maschinenformen (mechanical moulding): o Maschinenformen mit Kasten (mechanical moulding with box): Verdichten des Formstoffs im Unter- und Oberkasten, Zusammensetzen der Kästen, Beschweren, Gießen (alle Abläufe, bis auf das Einlegen der Kerne können automatisiert werden) o Maschinenformen ohne Kasten (boxless moulding): verdichteter Formstoff wird ohne Kasten aneinander gelegt, waagerecht oder senkrecht geteilt o Endlosformverfahren (continuous moulding process): bei vielen Bauteilen mit identischen Dimensionen, Aneinanderreihen von kastenlosen Formen àendloser Formstoffstrang ¥ Maskenformen (shell mould casting): o Geringer Formstoffverbrauch, Hinterschneidungen können durch das Aneinandersetzen mehrerer Formmasken realisiert werden o Herstellung: trockener Formstoff auf 250° heiße Modellvorrichtung geschüttet; durch Kontakt mit Modelloberfläche angebackene Maskenform; Abkippen des überschüssigen Formstoffs; Aushärten der Formmaske; Abheben vom Modell; 2 Maskenhälften werden mit eingelegten Kernen aneinandergeklebt; bereit für den Abguss ¥ Keramikformen (Ceramic Moulding): o Dünne Querschnitte können gegossen werden, geringe Modellkosten (Aluminium, Messingmodelle à hohe Maßgenauigkeit), hohe Formkosten Formguss: Verlorene Formen aus verlorenen Modellen ¥ Feingießen (investment casting): o vor allem für komplexe Gestalt, alle Metalle verarbeitbar, Gewichtsbereich bis zu 100kg, kleine bis große Serien 7 ¥ Vollformgießen (Full-mould Casting): o Alle Metalle verarbeitbar, keine Gewichtsbeschränkung, Einzelteile bis kleine Serien, höherer Toleranzbereich als Feingießen ¥ Magnetformen (Sonderverfahren) o Modell in magnet. Pulver legen -> Magnetfeld anlegen (Pulver wird zur Gussform) -> Abguss -> Entfernen d. Magnetfelds -> Entnahme Bauteil aus losem Pulver Formguss: Dauerformen ¥ Schwerkraft-Kokillenguss (gravity die casting): o Formhälften aus Kokillen Werkstoffen (hoher Schmelzpunkt), gute Wärmeleitung à schnelle Erstarrung o Geteilte Kokille: waagerecht/ senkrecht entsprechend der Schließbewegung o Ungeteilte Kokille (Vollkokille): ohne Sandkerne o Gemischtkokille: Kokille mit Kernen aus Sand (wenn man Hinterschneidungen braucht) ¥ Niederdruckguss (low-pressure die casting): o Schmelze wird mit einem Überdruck über das Steigrohr in den Formhohlraum gedrückt (à entgegen der Schwerkraft), kann Drücke gezielt einstellen o Langsame, gleichmäßige Befüllung von unten à lange Erstarrungszeit, turbulenzfreier Verlauf à feine Formen ¥ Druckguss (pressure die casting): o Hohe Maßgenauigkeit à für geringe Wanddicken o Kühlelemente à hohe Abkühlgeschwindigkeit à hohe Festigkeit o Kaltkammerverfahren: Druckerzeugung über Druckkolben; schnelle Formfüllung über hohen Druck, keine Beschränkung bezüglich der Gusswerkstoffe o Warmkammerverfahren: Schmelzziegel & Form verbunden, Schmelzbad unter Druck à Befüllen der Form; hauptsächlich werden Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet o Sehr hohe Kräfte à teuer à nur für große Stückzahlen o Schließkraft: p * A (gesamt) ¥ Schleuderguss (spin casting): o Form des Druckgusses o Druck über Rotation (Zentrifugalkraft) erzeugt (horizontale oder vertikale Drehachse) o Kann dünnwandige Hohlformen & rotationssymmetrische Teile erzeugen o Ermöglicht Kombination unterschiedlicher Materialen für Walzenmantel und Walzenkern (1. Gießen des Walzenmantels, 2. Gießen des Walzenkerns mit anderem Material) 8 Halbzeugguss: Strangguss (continous casting): ¥ Ziel: möglichst große Blöcke aus homogenem Material erzeugen ¥ Kokille ist unten offen à nach Verlassen der Kokille ist nur der Mantel fest (Kokille extrem gekühlt) à Rest erstarrt auf Kreiszone ¥ Meniskus: die dünne Erstarrungswand am Anfang der Kokille (wird immer breiter) ¥ Schwierigkeit = Beginn des Gießvorgangs: schließt Kokille bis Wandende erstarrt ist à erst anschließend Öffnen ¥ Massendurchsatz: m/t = m´; P = Q 1kg * m´; Q = c*m*(T2-T1); H= q s*m fest; Q 1kg = (Q+H)/m ¥ M´(Massendurchsatz); P (Leistung); Q(Wärmeenergie); c (Kapazität); q s (spezifische Schmelzwärme) Schmelzvorrichtungen: ¥ Brennstoffbeheizte Öfen (Koks, Gas, Öl) o Einsatzgebiet: Herstellung von Gusseisen (Grauguss & Temperguss) o Vorteile: niedrige Brennstoff- & Unterhaltungskosten, gute Schmelzleistung o Nachteile: Verwendung von max. 40% Stahlschrott o Bsp. Kupolofen (Schachtofen): Schmelzen des Materials auf Basis des Gegenstromprinzips (Schichten sinken nach unten, Verbrennungsgase steigen auf und erhitzen das Einsatzmaterial), Koks als Energieträger, Leistung: 4 bis 100t Gusseisen/h ¥ Elektroöfen (Induktion, Lichtbogen, Widerstand) o Einsatzgebiet: Herstellung von hochwertigem Gusseisen & Stahlguss o Vorteile: hohe Temperaturen erreichbar, leicht regelbar, gute Schlackenführung möglich, Einsatz von bis zu 100% Schrott o Nachteile: hohe Anschaffungskosten, hohe Betriebskosten o Bsp. Wannenofen (Lichtbogenofen) bis zu 205t, Lichtbogen bildet sich zwischen Elektrode & Schmelzgut à direkte Beheizung o Bsp. Trommelofen (Lichtbogenofen): Bis zu 5t, Lichtbogen zwischen zwei Elektroden, dessen Strahlungswärme das Schmelzgut erhitzt à indirekte Beheizung Drehbewegung der Trommel à Durchmischung des Schmelzguts o Bsp. Wannenofen: direkte Beheizung -> Lichtbogen zwischen Elektrode & Schmelzgut o Bsp. Induktionserwärmung: Wärme infolge magnetischer Induktion (bis zu 10 t): Wechselstrom der Spule à mag. Wechselfeld à Strom induziert à erwärmt das leitende Werkstück Erstarren: ¥ Def.: Kristallisationsvorgang bei dem eine Schmelze aus der flüssigen (amorphen) Phase in die feste (kristalline) Phase übergeht und somit das Gussgefüge entsteht ¥ Werkstoffzusammensetzung und Erstarrungsverlauf beeinflussen das Gussgefüge (Kristallform, -größe, - anordnung) à beeinflusst Eigenschaften des Gussteiles als Ganzes ¥ Werkstoffzusammensetzung: 9  o Werkstoff kann aus ein, zwei oder mehreren Stoffen bestehen (à Legierungen) o Vereinfachung, reale Systeme verhalten sich i.d.R. viel komplexer à zunächst Zweistoff Legierungssysteme Phasendiagramm: ¥ stellt Einfluss der Werkstoffzusammensetzung auf Erstarrungsverhalten der Werkstoffe dar o Massengehalt der einzelnen Legierungselemente (Legierungssysteme) à Summe 100% o Legierung: Werkstoff aus überwiegend metall. Charakter, bestehend aus min. 2 Komponenten o Unterscheidung von Legierungssystemen nach ihrer Löslichkeit im flüssigen & festen Zustand o Darstellung Charakteristika d. Erstarrungsprozess im Phasendiagramm Vollkommene Unlöslichkeit im flüssigen und festen Zustand: ¥ Liquiduslinie: oberhalb liegen alle Stoffe flüssig vor ¥ Soliduslinie: unterhalb liegen alle Stoffe fest vor ¥ -> Geraden! Vollkommene Löslichkeit im flüssigen und festen Zustand: ¥ Zwischen Liquidus- & Soliduslinie: o Gleichgewichtsbedingungen, in denen einerseits flüssige Phase vorliegt, andererseits auch bereits Mischkristalle ausgeschieden werden o Mischkristalle ändern im Verlauf der der Temperatur ihre Zusammensetzung o -> Hebelgesetz (siehe Bild rechts) o SP Solidus und isotherme Line: Zusammensetzung feste Phase o SP Liquidus und isotherme Line: Zusammensetzung Schmelze Vollkommene Löslichkeit im flüssigen, begrenzte Löslichkeit im festen Zustand: ¥ Eutektikum: o Liquidus- & Soliduslinien fallen zusammen, obwohl kein reines Metall vorliegt o Legierung verhält sich bei Erstarrung wie reines Metall o Übereutektische Legierung (nach E) o Untereutektische Legierung (vor E) 10 ¥ Vergleich eutektischer und nicht- eutektischer Legierungen: Schwindung: ¥ Flüssige Schwindung: nach Gießen noch flüssig doch Temperatur geht zurück à Volumen verringert sich ¥ Erstarrungsschwindung: an Rändern schnelleres Erstarren (kühlt schneller ab) à Ränder fest, doch Inneres noch flüssig, bei Erstarren Volumenreduktion à Hohlräume ¥ Feste Schwindung: schon fest, bei weiterer Abkühlung Volumenreduktion ¥ Unterschiedliche Gussgefüge aufgrund unterschied. Erstarrung Eisen-Kohlenstoff-Diagramm (Kohlenstoffgehalt < 6,7%) ¥ Ledeburit: Phase bei Eutektikum ¥ Stahlguss: Kohlenstoffgehalt 2% ¥ Abgebildete Phasen stellen sich nur bei sehr geringer Abkühlgeschwindigkeit ein (in Praxis kaum umsetzbar) ¥ è Geschwindigkeit erhöhen à Phänomene, die man im Zeit-Temperatur Umwandlungs-Diagramm darstellt 11 Zeit-Temperatur-Umwandlungs-Diagramm: ¥ Unterschiedliche Abkühlungsverläufe à unterschiedliche Gefügeeigenschaften (Härte) ¥ Je höher die Abkühlrate, desto höher die Härte ¥ Härte nach Vickers: o Def.: Widerstand eines Stoffes gegen das Eindringen eines anderen (härteren) Körpers o Diamantpyramide als Eindringkörper, Prüfkraft stoßfrei angebracht messen der Eindruckfläche (à Formel); je kleiner diese, desto härter der Stoff Erstarrungsmorphologie: ¥ Erstarrungsmorphologie o Def.: Untersuchung der Entstehungsvorgänge bestimmter Erscheinungsformen der Gefügestruktur von Metallen und Metalllegierungen 1. Beginn des Erstarrungsvorgangs an Keimen (arteigen (homogen) oder artfremd (sogenannte Impfkeime (beim Abguss eingesetzt) (heterogen) 2. Fortsetzung durch Kristallbildung (Einflussgrößen: Keimzahl, Abkühlgeschwindigkeit, Metallzusammensetzung) 3. Fertiges Gefüge mit Korngrenzen Einfluss Abkühlgeschwindigkeit: ¥ Kurve 1: o Sehr niedrige Abkühlgeschwindigkeit o Typisches theoretisches Abkühlverhalten von Reinmetallen und eutektischen Legierungen o Erreichen Erstarrungstemperatur: >Beharrungszeit< à Erstarrung der Schmelze bei konstanter Erstarrungstemperatur (Ts), durch bei Erstarrung freiwerdende Wärme ¥ Kurve 2 o Hohe Abkühlungsgeschwindigkeit o Unterkühlung (Unterschreiten der Erstarrungstemperatur) à Bildung vieler arteigener Keime 12  o Kristallisationsbeginn bei T0 à steigen der Temperatur auf TS8 durch fortschreitende Erstarrung und dadurch freiwerdende Kristallisationswärme Korngröße: ¥ Grobkorn: bei dicken Wandungen à große gespeicherte Wärme à große Trägheit während der Abkühlkurve à geringe Keimanzahl & niedrige Abkühlgeschwindigkeit è Große, wenige Körner ¥ Feinkorn: bei dünnen Wandungen à höhere Abkühlgeschwindigkeit à mehr Keime è Viele, feine Körner ¥ Mittlere Korngröße beeinflusst Festigkeit des Werkstoffs ¥ Hall-Petch-Beziehung: ¥ Erstarrungstypen: o Exogene Erstarrung: gerichteter Wärmefluss im Bauteil (Erstarrung beginnt an Formwand und geht ins Innere, gibt Wärme nach Außen ab), Ausbildung Säulenförmiger, dendritischer Kristalle o Endogene Erstarrung: kein gerichteter Wärmefluss im Bauteil, Erstarrung erfolgt breiartig ¥ Kristallformen: isotrop = richtungsunabhängig ¥ Typische Gussstruktur: Konstruktive Gestaltung von Gussteilen: 13 ¥ Berücksichtigen der Volumenkontraktion: flüssige Schwindung (Nachgießen durch Speiser), feste Schwindung (Aufmaß an der Gießform) ¥ Steuerung der Erstarrung (zur Vermeidung von Hohlräumen, Erstarrungsschwindung) o Heuverssche Kreismethode: zeichnet Kreise ins Bauwerk, deren Radius immer größer werden muss (bei kleinstem Kreis fängt die Erstarrung an) o Dies ist beispielsweise durch gießtechnische Verstärkungen (dickere Wände) oder Verjüngungen (dünnere Wände) möglich o Großer Kreis, umgeben von kleinen, gießtech. gefährlich à kann zur Hohlraumbildung kommen ¥ Abkühlzeit nach Chvorinov: Zusammenhang von Bauteilgeometrie & Erstarrungszeit (hohe Abkühl-v = Feinkorn, anders Grobkorn) ¥ Fertigungsgerechte Gestaltungsregeln: o Vermeiden von Materialanhäufungen (heiße Zonen, Gefahr der Hohlraumbildung -> Lunker (reduzieren Zugfestigkeit)) o Vermeidung von schroffen Übergängen bei Querschnittsänderungen (hohe thermische Spannungen durch unterschiedliche Abkühlgeschwindigkeiten à Rissgefahr) o Vorsehen von Aushebeschrägen von der Teilfuge (Bauteil mit geringerem Kraftaufwand aus der Form bekommen, geringere Reibung) o Herabsetzen von Kerb- und Gussspannungen ¥ Beanspruchungsgerechte Gestaltungsregeln: o Vermeidung von Zugspannungen, Anstreben von Druckspannungen (evtl. numerisch berechnen, wo Zugspannungen auftreten könnten und dem durch Wölbung entgegenwirken) Gusswerkstoffe: Hohes Gewicht Gute Wärmeleitfähigkeit Häufig in Legierungen Eisenwerkstoffe ¥ Reineisen: o Einsatz nur im Kunstschmiedehandwerk o Geringe Beeinflussung der Eigenschaft durch Wärmebehandlung ¥ Stahlguss: o Hohe Gießtemperatur (T=1400-1530°) 14  o Hohe Oberflächenspannung à schlechtes Formfüllverhalten (Schmelze fließt schlecht in Form) o Große Variationsmöglichkeiten durch Legierungselemente o Gute Beeinflussung der Eigenschaften durch Wärmebehandlung ¥ Gusseisen: o Gießtemperatur T=1170°-1350° o Gutes Formfüllverhalten o Schlechte Umformeigenschaften (kleiner E-Modul, geringe Zähigkeit) o Hohe Dämpfungseigenschaften o Eisenbegleiter: Silizium, Mangan, Phosphor, Schwefel, Magnesium nach gewünschten Eigenschaften o Je nach Form des vorliegenden Kohlenstoffs à weißes Gusseisen, Schalenhartguss, Grauguss o Weißes Gusseisen - Hartguss: § Erstarrung zum spröden Rohguss § C gebunden als Fe3C § Hohe Härte, spröde, schlag- & stoßempfindlich o Weißes Gusseisen - Temperguss: § Erstarrung zu spröden Rohguss § Durch Wärmebehandlung (Tempern) Umwandlung des weißen Gusseisens durch Karbidzerfall Fe3C à 3Fe + C § Nach Wärmebehandlung: duktil, dynamisch beanspruchbar o -> weißer Temperguss: § Wärmebehandlung im Kammerofen § Einbettung der Gussstücke in entkohlte Gasgemische § Vorgang während der Haltezeit: Karbidzerfall (Fe3C à 3Fe + C); Entkohlung (CO2+C à 2CO) o -> schwarzer Temperguss: § Wärmebehandlung im Doppelkammerofen § Einbettung des Gussstücks in neutrales Einbettungsmittel (Sand); Atmosphäre: neutral, nicht entkohlt § 1. Glühstufe (1. Graphitisierungsstufe): Eisenkarbid (Fe3C) zerfällt in feinverteilten Kohlenstoff C & Austenit (in Form von g-Mischkristallen) § 2. Glühstufe (2. Graphitisierungsstufe): verlangsamter Zerfall, Bildung von Ferrit ¥ Streckgrenze: Übergang linearer Bereich & nichtlinearer Bereich ¥ Linerarer Bereich: elastisch (Beschreibung durch E-Modul = Elastizitätsmodul) 15 ¥ Werkstoffbezeichnung nach DIN-EN-1563: (letzte Zeichengruppe nicht so wichtig) Nichteisenwerkstoffe: ¥ Kupfer: o Besondere Eigenschaften: hohe Wärmeleitfähigkeit & elektrische Leitfähigkeit; plastische Verformbarkeit; Widerstandsfähigkeit gegen Luftfeuchtigkeit, Heißwasser & Säuren o Einsatzgebiete: Elektroindustrie (Leitfähigkeit), Apparatebau, Kesselanlagen o Legierungen: Bronze: hohe Festigkeit & Härte; Messing: geringere Festigkeit & Härte als Bronze ¥ Aluminium: o Besondere Eigenschaften: Herstellung sehr energieintensiv; geringe Dichte, gute Wärmeleitfähigkeit & elektrische Leitfähigkeit; gute Verformbarkeit, Korrosionsbeständig gegenüber Witterungseinflüssen (Oxidschicht auf Oberfläche) o Einsatzgebiete: gegossene und umgeformte Bauteile (Automobil-/ Flugzeugbau) o Knetlegierungen: hohe Duktilität (gut formbar), hohe Festigkeit, teilw. aushärtbar durch Ausscheidungsbildung; Legierungselemente Bsp. Cu, Mg, Zn o Gusslegierungen: gute Gießeigenschaften (sehr gut bei eutekt. Zusamm. Mit Si), gute Wärmefestigkeit & Korrosiosbeständigkeit durch Mg, hohe Festigkeit, gut schweißbar; Legierungselemente: Mg, Si ¥ Magnesium: o Besondere Eigenschaften: geringste Dichte aller Metalle; Elektronegativität macht besonderen Korrosionsschutz notwendig o Einsatzgebiete: gegossene Bauteile im Verkehrswesen (Automobil, Flugzeug), Leichtbau als wichtigstes Kriterium! o Knetlegierungen: aushärtbar (Al), hohes Formveränderungsvermögen (Zn), korrosionsbeständig (Mn), schlecht kaltumformbar o Gusslegierungen: spröde, hohe Festigkeit, feines Korn (Zr), gute Wärme/ Kriechfestigkeit (seltene Erden) ¥ Vergleich 16 3.2.1 Sintern ¥ Def.: Fertigung: Wandlung eines Rohzustands in einen fertigzustand, wobei die Überführung der Rohform über Zwischenformen zur Fertigform in möglichst wenig zwischen Schritten erfolgt ¥ Def: Sintern: Prozess, bei dem sich ein Haufen von Teilchen, gepresst oder lediglich in einem Behälter eingeschlossen, unter dem Einfluss erhöhter Temperaturen chemisch zu einem zusammenhängenden Körper verbindet o Urformen aus festem, körnigem oder pulvrigem Zustand o Große techn. Und wirtschaftl. Bedeutung o Früher: Gießen wegen zu hohen Schmelztemperaturen nicht möglich (Glühbirne à Wolfram) o heute vor allem: Verbundwerkstoffe, komplexe Produktgeometrien, poröse Produkte o deutlich teurer als Gießen (ca. 6mal zu viel), da deutlich aufwendiger ¥ Def. Pulvermetallurgie: o Herstellen von Teilen aus metallischem Pulver mit/ohne Zusätzen durch Formen und Sintern o Zweig der Metallurgie ¥ Werkstoffe/Sintermetalle: Sinterstähle, Hartmetalle, Hochtemperaturwerkstoffe, magnetische Werkstoffe o Eigenschaften Sinterstahl: extrem hoher Verschleißwiderstand, hohe Druckfestigkeit, hohe Zähigkeit bei hoher Härte, hohe Korrosionsbeständigkeit, einfache Hochglanzpolierbarkeit, beste Schleifbarkeit Fertigungsablauf beim Sintern Pulverherstellung: (Pulverdurchmesser (Formpulver) 1µm 3 1mm; kleiner: Kolloide (Hartmetallwerkzeuge); größer: Granulate (Filter)) ¥ Mechanisch: o Zerkleinern in Mühlen: überwiegend bei sprödem Ausgangsmaterial o Zerstäuben von Schmelze: -> Verdüsungsverfahren § ermöglicht auch Pulver aus duktilen/zähen Materialien herzustellen § die flüssige Metallschmelze wird mit Hilfe eines zusätzlichen Mediums zerstäubt & zugleich abgekühlt 17  o Verdüsungsverfahren (Druckluft, Druckwasser, Inertgas) § Mannesmann-Verfahren § Verdüsung (Druckluft) -> Teilweise Oxidation -> Auffangen & Abschrecken im Wasser -> Wärmebehandlung -> (Reduktion Eisenoxid) -> schwammiges Eisenpulver § Verdüsung (Wasser) -> Teilw. Oxidation -> Trocknung -> Wärmebehandlung ¥ Physikalisch-Chemisch: o Reduktion von Oxiden: 1. Reduktionsverfahren I (Pyronverfahren): à Mahlen des Walzenzunders (Ausgangsprodukt) à Magn. Trennen (Entfernen von Verunreinigungen) à Glühen in oxidischer Atmosphäre à Reduktion im Durchlaufofen (Reduktionskuchen) à Mahlen & Sieben § Eigenschaften Reduktionspulver: mikroporös, gut zu verdichten 2. Reduktionsverfahren II (Höganäs-Verfahren): à Mahlen des reinen Eisenerzes (Ausgangsprodukt) à thermische Reduktion (Entschwefelung des Erzes) (1200° 20-40h) à Mahlen à Magn. Trennen à Mahlen & Sieben à Reduktionspulver (Schwammeisenpulver) o Elektrolyse: § Bsp. Eisen, Kupfer, Silber § Mikroporösität § Auflösen der Anode des jeweiligen Metalls in einem geeigneten Bad & Auskristallisation an der Kathode Pulver (-zusammensetzung) abhängig von den Anforderungen an das Bauteil Legierung: ¥ Gemisch mindestens zweier chemischer Elemente, von denen mindestens eines ein Metall ist (Veränderung der Werkstoffeigenschaften; Legierung= Grundmetall + Zusätze) ¥ je nach Anzahl der Komponente spricht man von zwei-, drei-, vier- o. Mehrstofflegierungen ¥ Erzeugungsarten in der Pulvermetallurgie: o Gemischtlegieren: Mischung mind. zwei reinen Metallkomponenten (Grundpulver + Legierungspulver + Gleitmittel) § + gute Pressbarkeit § - lange Sinterzeiten & hohe Sintertemperatur o Anlegieren: Pulver gemischt mit Legierungspulver, das angeglüht wurde à örtliches Anlegieren & Gleitmittel § + kürzere Sinterzeit § - leichte Beeinträchtigung der Presseigenschaft o Fertiglegieren: durch das Verdüsen hat jedes Pulverkorn bereits die Zusammensetzung des legierten Sinterwerkstoffs § + kurze Sinterzeit 18  § - schlechtere Presseigenschaften ¥ Mischen: durch Diffusion (individuelle Bewegung der Teilchen), Konvektion (Bewegung versch. Pulverbereiche), Scherung (kontinuierliches Teilen des Pulverhaufens à Hohlräume, in die Teilchen fallen) des Pulvers (Bronze, Eisen, Legierungsmittel) und des Gleitmittels (Grafit, erleichtert Pressvorgänge durch die Minimierung der Reibung) ¥ Einfluss der Korngröße & magnetischen Eigenschaften ¥ Alternative Prozessroute: Top-down-Herstellung (Umformprozess) Formgebungstechnik (sizing): ¥ Formgebung und Sinterung in einem Arbeitsgang (shaping and sintering in one single operation) ¥ Formgebung und Sinterung in getrennten Arbeitsgängen (shaping and sintering in seperate operations): o Einseitiges Pressen (single action pressing): § Ungleiche Verteilung der Dichte längs der Höhe der verpresste Pulversäule o Zweiseitiges Pressen (koaxial) (double action pressing) § Feststehende Matrize § Angetriebene Matrize § schwimmend gelagerte Matrize: § Nahezu gleichmäßige Verteilung der Dichte § Wandreibungskräfte à Matrize wird in Pressrichtung bewegt & der Werkstoff gegen den Unterstempel geschoben. ¥ Isostatisches Pressen (isostatic pressing) o Pulver wird in einer elastischen Form aus Kunststoff mit einem hydrostatischen Druck gleichmäßig verdichtet ¥ è Durch das Pressen entsteht der Grünling ¥ Bei Formen mit unterschied. Querschnitten: auch unterschiedl. hohe Pulversäulen in Form 19  Festphase Sinterverfahren: ¥ Diffusionsvorgänge während gesteuerter Wärmebehandlung à Erhöhung der Festigkeit Erhaltung der Formbeständigkeit àüberwiegende Teil der Pulvermischung muss als feste Phase erhalten bleiben ¥ Festphasensintern (ohne Schmelzanteil): Teilchen verbinden sich an den Korngrenzen mit Zentrumsnäherung (Festphasenintern) o Adhäsion = elektrischen Kräfte zwischen den Teilchen o Diffusion = Platzwechselvorgänge der Atome ¥ Flüssigphasensintern (mit Schmelzanteil): Schmelze verbindet Teilchen ohne Zentrumsnäherung (Flüssigphasenintern) ¥ Reaktionssintern (Bildung einer Reaktionsphase) Flüssigphase Prozess ¥ Einkomponentensystem (Pulver gleichen Werkstoffs) -Teilvorgänge: o Ädhäsion: Atomkräfte wirken an Berührungsstellen der Pulverkörner aufeinander o Oberflächendiffusion: im Bereich der Berührungsstellen finden Platzwechselvorgänge an Atomen & Molekülen statt o Gitterdiffusion: mit steigender Temperatur nimmt die Beweglichkeit der Atome zu. Atome aus dem inneren Bereich des Kristalls gelangen an die Oberfläche & verbinden sich mit den inneren Atomen der anderen Kristalle ¥ Mehrfachkomponentensystem: o Unter gleichen Komponenten findet eine Selbstdiffusion statt (s. Einkomponentensystem) o Bei ineinander löslichen Komponenten bilden sich Mischkristalle o Bei ineinander unlöslichen Kristallen erfolgt der Sintervorgang durch Bindekräfte (Adhäsion) an den Oberflächen der sich berührenden Teilchen ¥ Aufbau eines Sinterofens o Ausbrennzone: ausbrennen/ ausdampfen der presserleichternden Gleitmittel o Sinterzone: dort erfolgt der eigentliche Sintervorgang o Kühlzone: allmähliches abkühlen der Sinterteile auf ca. 50° ¥ Sintertemperatur: o Einkomponentensystem 2/3 bis 7/8 der Schmelztemperatur in °K o Mehrkomponentensystem in der Nähe der Schmelz/ bzw. Solidustemperatur an der niedrigsten schmelzenden Phase ¥ Sintertechnik: dadurch lassen sich unterschiedl. Werkstoffklassen von Sinterteilen erstellen 20 Raumerfüllung & Pressdichte steigt von links nach rechts o Schüttsintern: Sonderstellung, da Pulver vorher nicht gepresst wird, sondern in lose Schüttung gesintert wird à übernimmt die Formgebung der wärmebeständigen Hohlform 3 z.B. Filter o Einfachsintern: Nachbearbeitung in einem Presswerkzeug; Zweck: Verbesserung der Maßgenauigkeit & Oberfläche 3 z.B. Gewinde o Zweifachsintern: Nachbearbeitung in einem Presswerkzeug; Zweck: Verbesserung der Maßgenauigkeit & Oberfläche, Erhöhung der Festigkeit/ Dichte o Pulverschmieden: Nachverdichtung gesinterter Formteile bei erhöhten Temperaturen im geschlossenen Gesenk 3 sehr hohe Dichte ¥ Schwindung hängt vom Werkstoff, Pulverherstellungsart, Korngröße, Pressdruck, Dichte, Sintertemperatur, Sinterzeit ab ¥ Kalibrieren: durch leichtes Nachpressen bei Raumtemperatur wird die Oberfläche verdichtet und geglättet, kleine Maßabweichungen werden beseitigt ¥ Ziele der Nachbearbeitung: Verbesserung der Maßgenauigkeit, Verbesserung der Oberflächengüte, Erhöhung der Bauteildichte (Festigkeit, Leitfähigkeit), Einlagerung von Fremdstoffen in den Porenraum (z.B. Schmierstoffe, leitfähige Metalle, Kunststoffe (Infiltrieren)), Aufbringen einer Oberflächenbeschichtung (Imprägnieren) Werkstoffeigenschaften von gesinterten Bauteilen: ¥ Pressdichte: bis zu 7,2 g/cm3 bei Eisen ¥ Raumerfüllung beim Pressen: bis zu 90% - tats. Dichte/theor. Dichte ¥ Dichte à = Masse/Volumen ¥ Pressbarkeit = Dichte à /Pressdruck p ¥ Füllfaktor = Füllhöhe/Fertighöhe 3 Weg bestimmen ¥ Raumfüllung = tats. Dichte/theoret. Dichte * 100% ¥ Größerer Pressdruck -> größerer Pressdichte ¥ Konventionelles Sintern (geringste Dichte) weist geringere mech. Werkstoffeigenschaften (Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Biege- Wechselfestigkeit, Kerbschlagzähigkeit) auf als Mehrfachpressen und -sintern sowie Pulverschmieden (größte Dichte) ¥ Biege-Wechselbeanspruchung: Zug- und Druckseite regelmäßig tauschen (z.B. Zahnrad) ¥ Sinterplattieren 21 Additive Fertigungsverfahren (rapid prototyping, additive manufacturing) ¥ Ermöglichen eine schnelle Herstellung von Prototypen ¥ Badbasierte Photopolymerisation-Stereolithografie o Schichtweises Aushärten v. flüssigen Photopolymeren in Wanne durch Lichtaktive Polymerisation o + Genaustes Verfahren, Transparentes Material möglich, nicht verfestigtes Material vollständig weiterverwendbar o 3 geringe Materialvielfalt, nachhärten in UV Kammer nötig, Stützstruktur notwendig ¥ Stereolithographie: schichtweises Aushärten von Kunstharzen mittels Laserlicht ¥ Pulverbettbasiertes Schmelzen: Aufschmelzen gezielter Bereiche eines Pulverbetts durch lokalen Wärmeenergieeintrag o + große Materialvielfalt, mechan./therm. Belastbarkeit Bauteile, 1 stufiges Verfahren, wenig/keine Stützstruktur notwendig o 3 Modellgenauigkeit abh. V. Partikelgröße, Anhaften benachbarter Partikel, Hohlräume aufwendig, Oxidation des Materials -> Inertgasatmosphäre nötig ¥ selectives Lasersintern (selective laser sintering): Pulverpartikel (Kunststoff, Metall mit organischem Binder) werden mittels Laserstrahl geschmolzen und zu einer Schicht verbunden; Herstellung von Prototypen, Werkzeugen, Spritzgussformen, Modellen für Formguss o Porosität: kein Pressvorgang & kurze Sinterzeit beim Lasern -> Hohlräume zw. Partikeln; großer Einfluss auf Bauteileigenschaften; Beeinflussung Leistungseintarg, aufgetragene Schichtdecke & Pulvergrößenverteilung ¥ Freistrahl-Bindemittelauftrag: Auftrag eines flüssigen Bindemittels zur Verbindung v. Pulverwerkstoffen o + fast unbegrenzte Materialpalette, viele Binder, lokal unetrschiedl. Materialien & Eigenschaften realisierbar o 3 Schlechte Festigkeit (2Stufiges Verfahren mit nachträgl. Infiltration), Metallteile müssen nachversintert werden, Druckköpfe wenig robust ¥ Freistrahl-Werkstoffauftrag: Fertigung d. gezielte Absetzen v. Tropfen Aufbauwerkstoff o + Berührungsfrei, guter Detailgrad erreichbar & keine Ansätze sichtbar o 3 nur thermoplastisches Material; genaue Temperatur Tropfen für homogene Verbindung ¥ Materialauftrag mit gerichteter Energieeinbringung: Nutzung fokussierte Wärmeenergie v. Werkstoffen bei zuführen o + Metalle & keramische Stoffe; Sonderverfahren: ab 30¿m Stärke o 3 keine Hinterschneidung mögl., Oberflächennachbearbeitung nötig ¥ Materialextrusion: gezieltes Dosieren v. Werkstoffen mittels beheizter Düse/Öffnung 22  o + schnelles Verfahren, einfache techn. Umsetzung, Benutzung versch. Materialien in einem BT o 3 Genauigkeit limitiert, Bildung v. Ansätzen, Anisotropie, ungeschr. Materialauswahl, Stützgeometrie f. Überhänge nötig ¥ Schichtlaminierung: Verbindung v. Werkstoffschichten über therm./chem. Reaktionen/Ultraschall o + Massive Bauteile, schnell & techn. wenig Aufwand, Konturierung d. Neigung Schneidegerät o 3 anisotrope Materialeigenschaften, Hohlräume: schwierig, viel Materialabfall ¥ Funktionsprinzip: Konturierung in der x-y-Ebene, Aufeinanderschichten in z-Richtung ¥ Firmen haben oft eigene Namen für einzelne Verfahren 2. Hauptgruppe: Umformen ¥ Def.: gezielte Änderung der Form eines festen Körpers unter Beibehaltung der Masse und des Stoffzusammenhalts (forming) à Unterschied zum Verformen (deformation) nicht gezielt, also kein Umformen ¥ Vorteile: o hohe Werkstoffausnutzung o hohe Mengenleistung mit kürzesten Stückzeiten o hohe Maß- und Formgenauigkeit der Werkstücke innerhalb bestimmter Toleranzen (à i.d.R. keine Nachbearbeitung nötig) o günstige mechanische Werkstoffeigenschaften, besonders bei dynamischer Beanspruchung der Bauteile Einteilung der Umformverfahren (cassification of forming processes) ¥ verschiedene Möglichkeiten: ¥ Form des Halbzeugs (semi finish components): o Massivumformung (bulk metal forming): ähnliche Abmessungen in alle Raumrichtungen à kompakte Werkzeuge, große Formänderung; Bsp. Schmieden, Stauchen, Walzen, Fließpressen o Blechumformung (sheet metal forming): in eine Raumrichtung eine deutlich kleinere und konstante Ausdehnung à ebene Halbzeuge; Bsp. Drücken, Tiefzeihen, Biegen, Streckziehen, Trennen ¥ Temperatur (temperature): o Kaltumformung (cold forming): Werkstück wird vor der Umformung nicht erwärmt, sondern mit Raumtemperatur den Werkzeugen zugeführt T0=TRaum (ca. 20°C), Bsp. Biegen o Warmumformung (warm forming): Werkstück wird vor der Umformung auf eine Temperatur oberhalb der Raumtemperatur erwärmt T0>TRaum (ca. 20°C) Bsp. Schmieden ¥ Beanspruchungsart (kind of stressing) o Druckumformung (compressive forming): 23 o Zugdruckumformung (tensile-compressive forming): Zug- & Druckspannungen senkrecht aufeinander & an einem Ort o Zugumformung (tensile forming): o Biegeumformung (bend forming): Zug- & Druckspannungen verteilt auf mehrere Zonen (nicht an einem Ort) § Innenseite verkürzt à Druck; Außenseite verlängert à Zug o Schubumformung (shear forming): 24 ¥ Verfahrensgrenzen: o Geometrieabweichungen (Rückfederung, bspw. entgegenwirken durch >VorbiegenBersten, Instabilitäten) o Eingesetzte Maschinen können die nötigen Kräfte nicht aufbringen è Bei einem Werkstück können mehrere Fehler auftreten o Werkzeugversagen: Maschinen durch Verschleiß nicht mehr brauchbar Grundlagen der Umformtechnik: Werkstoffverhalten: ¥ Elastisches und plastisches Verhalten ¥ Makroskopische Sicht: Versuche à gewinnen (möglichst) verallgemeinerbare Kennwerte à Phänomenologische Modelle (hat Zusammenhänge nicht genauer hinterfragt, Modell aus Phänomen heraus) o Zugversuch: einachsige Belastung bei konstanter Temperatur, konstanter Verformungsgeschwindigkeit; genormte Probengeometrien (Flach- & Rundproben); gemessen Kraft F & Anfangslänge l0 o normiert durch Spannung und Dehnung (von Probengeometrie unabhängig) o à Spannungs-Dehnungs-Diagramm: o Elastischer Bereich bis Streckgrenze RP: Probe dehnt sich elastisch (Dehnung geht nach Entlastung wieder zurück), linear à beschrieben durch E-Modul o Plastischer Bereich: bis zur höchsten Spannung (Zugfestigkeit) nimmt Bauteilbreite gleichmäßig ab, Länge gleichmäßig zu (bei Entlastung würde Bauteil um elastischen Dehnungsanteil zurückfedern, plastische Dehnungsanteil (=Gleichmaßdehnung) würde bestehen bleiben), beginnt zu fließen; nach Zugfestigkeit: Probe schnürt örtlich ein à Bruch o Dehnung: auf Ausgangszustand bezogene Längenänderung 25  o Elastizitätsmodul (E-Modul) à gilt für den elastischen Bereich; Stahl: 210.000 N/mm^2; Aluminium: 70.000 N/mm^2 o RP=Streckgrenze à schwer genau zu bestimmen à RP0,2=Dehngrenze 0,2% o Bruchdehnung: bleibende Dehnung nach Bruch (ohne el. Anteil) o Gesamtdehnung= elastische Dehnung + plastische Dehnung o Gleichmaßdehnung egl: gehört zur maximalen Spannung 3 entsteht nach Entlastung der Probe Fiktive Spannung Fließspannung kf o Formänderungsgrößen: Dehnung (s.o.), logaritmische Formänderung à 㗱 =ln l1/l0 o Additivität der Formänderung: Gesamtformänderung = Summe Formänderung der einzelnen Stufen à nur bei logarithmischer Darstellung möglich! o Volumenkonstanz beim plastischen Bereich: o Fließkurve: Zusammenhang Umformgrad 㗱 und Fließspannung à je höher die Temperatur, je flacher die Kurve (weniger Fließspannung zum Umformen nötig); je schneller die Geschwindigkeit, desto flacher die Kurve (es bilden sich weniger Verfestigungen), s.o. Diagramm rechts o Fließspannung kf: Spannung, die zum Herstellen/Beibehalten einer bleibenden Formänderung im einachsigen Spannungszustand nötig ist 26  Kraft für das verlustfreie Umformen (ohne Reibung) ¥ Mikroskopische Sicht: Metallographie (Metallaufbau im inneren) à Physikalische Erklärung o Kristalliner Aufbau: Elementarzellen: krz, kfz, hdp à Aufreihung: Kristallgitter o Gitterfehler: Punktförmige (0-dimensional) à Einlagerungs- & Substitutionsatome, Leerstelle, Zwischengitteratom; Linienförmig (1-dimensional) à Stufenversetzung, Schraubenversetzung; Flächenhafte (2-dimensional) (Korngrenzen) o Elastische Dehnung: Verschieben kleinster Werkstoffschichten ohne aufbrechen der atomaren Bindungen à Veränderung der Lage der Atome zueinander à Volumenzunahme: Längenzunahme größer als seitliche Einscherung o Für plastische Formänderung zwei Mechanismen wichtig: § Zwillingsbildung: Atome auf Ebenen verschoben, die parallel zu Zwillingsebene liegen à deformierter Bereich = Spiegelung des nicht deformierten Bereichs § Gleitung: ganze Gitterbereiche verschieben sich entlang einer Gleitebene o -> Volumen bleibt konstant: Lagen verschoben, nehmen neue Gleichgewichtslage ein Tribologie: ¥ Def.: Wissenschaft von Reibung, Schmierung und Verschleiß zwischen zwei Reibpartnern è Beschäftigt sich mit den Ursachen und Erscheinungsformen der Reibung und mit den Folgen und den Möglichkeiten zur Beeinflussung der Reibung 27 ¥ Kenngrößen zur einheitlichen Charakterisierung von Oberflächen: ¥ Reibung (friction): Widerstand zwischen zwei aufeinander abgleitenden Oberflächen o Reibkraft FR: aufzubringende Kraft, um die Gleitbewegung zwischen zwei aufeinander abliegenden Flächen aufrechtzuerhalten o Cloulomb9sches Reibgesetz: |FR|=µ|FN| (FR = Reibkraft, FN= Normalkraft, µ=Reibkoeffizient) o Reibezustände: v o v o Stribeckdiagramm: 28 ¥ Verschleiß (wear): fortschreitender Materialverlust an der Oberfläche eines festen Körpers, hervorgerufen durch mechanische Ursachen (d.h. Kontakt und Relativbewegung eines Gegenkörpers) o Berücksichtigt neben dem Materialverlust auch den Werkstoffauftrag, die Werkstoffverlagerung sowie Änderungen der Werkstoffeigenschaften o Von äußeren Belastungen, Zusammensetzung des tribologischen Systems, den Eigenschaften der tribologischen Elemente und deren Wechselwirkungen abhängig o Verschleißmechanismen: § Adhäsion: Ausbildung von Grenzflächen-Haftverbindungen zwischen sich berührenden Körpern; bei der Trennung durch die Relativbewegung schert der weichere Werkstoff im Inneren ab § Abrasion: ist der Materialabtrag durch ritzende Beanspruchung, indem Rauheitsspitzen des härteren Reibkörpers in den weicheren eindringen und durch Relativbewegung Werkstoffpartikel rauslösen § Oberflächenzerrüttung: ist die Materialermüdung im Oberflächenbereich durch tribologische Wechselbeanspruchung, di zu Materialabtrennung und Rissbildung führt § Tribochemische Reaktion: chemische Reaktion von Grundkörper, Gegenkörper und Zwischenmedium durch die tribologische Beanspruchung, wodurch neue Reaktionsprodukte entstehen 29  o Übersicht der Schmierstoffe: Druckumformen: ¥ Walzen: stetiges oder schrittweises Druckumformen mit einem oder mehreren rotierenden Werkzeugen (Walzen), dabei können Zusatzwerkzeuge (Dorne, Stopfen) zum Einsatz kommen o Querwalzen (cross rolling § Walzgut rotiert um seine Längsachse § Bsp. Gewinde (Schrauben) o Schrägwalzen (skewed rolling): § Dreht sich um eigene Achse & führt Axialbewegung aus (Schrägstellung der Walzen) § Bsp. Herstellung von nahtlosen Rohren (durch Verwendung eines Dorns) -> (Pilgerwalzen oder Asselwalzen) o Längswalzen (longitudinal rolling): § Walzgut wird senkrecht zu Walzen ohne Drehung durch den Walzspalt bewegt § Flachwalzen: Einsatz von glatten, zylindrischen Walzen bsp. Blechtafeln, -bänder § Profilwalzen: Profile sind in die Walzen in Umfangsrichtung eingearbeitet; z.B. Stabprofile § Geschwindigkeitsänderung im Walzenspalt: Volumenkonstanz à Dehnungsprozess (Längung/ Breitung) à Beschleunigung § Tandemstraße: Anlage, bei der die Walzgerüste hintereinander (Tandem-Anordnung à paarweise) stehen à ansteigende Geschwindigkeit von Walzenpaar zu Walzenpaar (müssen aufeinander abgestimmt sein, sonst Stau oder Reißen) 30  § Greifbedingung: gibt Grenzwert zwischen Walzguthöhe, Walzendurchmesser und wirksamen Reibungskoeffizienten (damit Walzgut zwischen die Walzen hineingezogen wird, sind Reibungskräfte von einer bestimmten Mindesthöhe erforderlich) an o Anordnung der Walzen in Walzgerüsten: o Vielwalzgerüst: sehr kleine Arbeitswalzen à geringe Kräfte à geringe Neigung die Walzen durchzubiegen à gleichmäßiger Durchmesser ¥ Walzanlagen: o Konventionelle Anlage o CSP (Compact Strip Production)-Anlage/ Dünnbrammengießen: Ziel à verkürzte Prozesskette 31  § Dünnbandgießen: Kombination Urformen & Umformen -> erzeugte Durchmesser werden immer dünner (konventionelle Anlage > CPS > Dünnbandgießen) o Bandverzinkung: § Feuerverzinken (Schutzverfahren durch Aufbringen eines Zinküberzugs im Durchlauf durch schmelzflüssiges Zink) § Elektrolytisches Verzinken (Schutzverfahren durch Aufbringen eines Zinküberzugs im Durchlaufverfahren in wässrigen Elektrolyten mit Gleichstrom) à Barriere Wirkung gegen korrosive Medien durch Deckschicht (à Opferanode) ¥ Schmieden (forging): Fertigen durch Umformen mit Anwärmen ohne bleibende Verfestigung o Konstruktive Gestaltung: keine Hinterschneidungen & Aushebeschrägen o Freiformschmieden: Werkzeuge nicht an die Form der Schmiede-Werkstücke gebunden; Bsp. durch Hämmern è Recken, Rundkneten, Stauchen, Breiten, Steigen o Gesenkformschmieden: Werkzeuge an die Form der Schmiede-Werkstücke gebunden; umformen erwärmter Werkstücke in gegeneinander bewegten Gesenkformen (Werkstoff werden durch Ober- & Untergesenk Fließrichtung & Form vorgegeben), komplizierte Formen & hohe Stückzahlen; § Verschleißarten des Gesenks: Verschleiß (Abrieb), thermische Ermüdung, mechanische Ermüdung, bleibende Verformung § è Mit/ ohne Grat (mit: überschüssiges Material kann in Grat entweichen à höhere Toleranz bei Materialzuführung, geringere Spannungen ¥ (Kalt-)Fließpressen: o Durchdrücken eines zwischen Werkzeugteilen aufgenommenen Werkstückes mittels Stempel durch eine Düse o Werkstoff wird durch radiale und axiale Druckspannungen zum Fließen gebraucht und durch eine Bohrung oder einen Spalt verdrängt ¥ Vorwärts-Fließpressen: o Voll-Vorwärts-Fließpressen: aus einem Vollkörper wird ein Vollkörper mit vermindertem Querschnitt hergestellt, formgebende Werkzeugöffnung: Pressbüchse o Hohl-Vorwärts-Fließpressen: aus einem Napf oder einer Hülse wird eine Hülse mit verminderter Wanddicke hergestellt; formgebende Werkzeugöffnung: Pressbüchse & Stempel o Napf-Vorwärts-Fließpressen: aus einem Vollkörper wird ein vornehmlich dünnwandiger Hohlkörper hergestellt; formgebende Werkzeugöffnung: Pressbüchse & Gegenstempel ØØØØØ o Formänderung: 㗱Ø = ØØ ; 100% oder : 㗱Ø ¥ Rückwärts-Fließpressen: o Voll-Rückwärts-Fließpressen: aus einem Vollkörper wird ein Vollkörper mit vermindertem Querschnitt hergestellt, formgebende Werkzeugöffnung: Stempel o Hohl-Rückwärts-Fließpressen: aus einem Napf oder einer Hülse wird eine Hülse mit verminderter Wanddicke hergestellt; formgebende Werkzeugöffnung: Stempel & Gegenstempel 32  o Napf-Rückwärts-Fließpressen: aus einem Vollkörper wird ein vornehmlich dünnwandiger Hohlkörper hergestellt; formgebende Werkzeugöffnung: Pressbüchse & Stempel ¥ Werkzeuge: o Sehr hohe Drücke o Fließpressmatrizen: gerade, spiralförmig o Armierungen: Umwickelt Matrize/Pressbüchse mit hochfestem Band à übt in Umfangsdurchtung Druckspannung auf Matrize aus à erhöhte Lebensdauer der Matrizen (Wirkt Druck der Werkstücke entgegen) à o einfach- oder zweifacharmiert (zylindrisch o. keglig (etw. schräg)) o 2-teiliger Pressverband: Verringert versagenskritische Zugspannung bei Druckbeaufschlagung o Armierung presst Matrize vor ¥ Strangpressen (bar extrusion): o Durchdrücken eines aufgeheizten Blockes mittels Stempel durch eine Matrize o Ähnlich dem Kaltfließpressen wird der Werkstoff durch radiale und axiale Druckspannungen zum Fließen gebracht. Durch Verjüngung entstehen Halbzeuge bin zu einer Länge von 20m o Bei anderen Verfahren wären viele Einzelteile nötig, was man beim Strangpressen mit einem machen kann. o Hohl-Quer: um Dinge zu Ummanteln (Bsp. Kupferdraht) o Stangpressmatrizen: Vollprofil-Matrizen, Matrizen mit Öffnung für Abfallstangen zum gleichmäßigen Werkstofffluss, Zweiteilige Hohlprofil-Matrizen o Hauptmaterial: Aluminium; ansonsten auch Kuper und Eisenwerkstoffe o Verfahrensgrenzen: Kraft (Werkzeuge nur bedingt belastbar, Maschinen können nur gewisse Kraft aufbringen) & Temperatur (lokale Temperaturerhöhungen (durch Reibung) à Material kann wegfließen, Form nicht kontrollierbar 33 Zug-Druck-Umformen ¥ Umformen mit flexiblen (flüssig, gasförmig) Wirkmedien à Tiefziehen mit flüssigen Wirkmedien, Innenhochdruck Umformung ¥ Innenhochdruck-Verfahren (hydroforming): o wird für rohrförmige Bauteile aus geraden oder vorgeformten Halbzeugen angewendet o Das Rohr wird mit einem Innendruck ausgeweitet, dabei in axialer oder auch radialer Richtung gestaucht und zuletzt durch einen Kalibrierdruck gegen die Werkzeugwand expandiert. o Fehler: Knicken, Bersten, Falten o Arbeitsdiagramm: Formänderungsvermögen, Tribologie, Geometrie d. Rohteils bestimmen -> Prozessfenster, Fehler, elast. Bereich, Undichtigkeit ¥ Tiefziehen (deep drawing): o Zug-Druck-Umformen eines Blechzuschnitts zu einem Hohlkörper oder eines Hohlkörpers zu einem Hohlkörper mit kleinerem Umfang ohne beabsichtigte Veränderung der Blechdicke mit § Werkzeugen(deep drawing with dies): starre oder nachgiebige Werkzeuge § Wirkmedien (deep drawing with working media): mit Flüssigkeiten (aktiv/passiv), Gasen, formlosen Feststoffen § Wirkenergie (deep drawing with activated energy): z.B. Magnetfeld o Tiefziehen im Erstzug (deep drawing as first draw): dabei entsteht aus dem Zuschnitt (Blechplatine) das Ziehteil aus einem einzigen Arbeitshub der Presse § Werkstoff wird verdrängt ØØØØØØØ ' ØØ § Ziehverhältnis: 㗯 = ØØØØØ ' = ØØ § Umformung unter radialer Zugspannung & tangentialer Druckspannung § Größen: Stempelkraft, Niederhalterkraft, Ronden- & Stempeldurchmesser, Ausgangsblechdicke, Ziehspalt, Ziehring- & Stempelradius § Grenzen à Bodenreißer, Faltenbildung o Tiefziehen in Weiterzug(deep drawing as second draw): mehrere Arbeitshube ØØ § Gesamtziehverhältnis: 㗯 Ø = ØØ f 6,5 o Stülpenziehen (reverse drawing) o Tiefziehwerkzeuge: Ziehsicken- & Wulstanordnung, um Blech zu bremsen & durch erhöhte Ziehspannung Falten zu vermeiden Zug-Umformen: ¥ Abstreck-Gleitziehen (ironing): o Durch ein geschlossenes, in Ziehrichtung feststehendes Ziehwerkzeug (Matrize) o Hohlkörper durch Abstreckziehen in der Wanddicke reduziert, um insbesondere bei Druckbehältern bei unveränderten Bodenwandstärken den Werkstoffeinsatz zu minimieren o Korosserieteilziehen: Kombi Tiefziehen & Streckziehen o Ziehwulst -> Einfließwulst o Bremswulst -> Ziehsicke -> Material rutscht nicht nach 34  Biege-Umformen ¥ Biegen: Umformen von festen Körpern (Bleche, Bänder), aus denen abgewinkelte o. ringförmige Werkstücke erzeugt werden à plastische Zustand durch Biegebeanspruchung ¥ Rückfederung: linear ¥ Verfahren Gesenk Biegen (die bending) Walzbiegen (roll bending) Freies Biegen (free bending) Walzenrichten (roller straightening) Walzprofilieren (roll forming) ¥ Grundformen Walzprofierens: Rollen, Falten, Sicken (Vertiefung im Profil), Dopplung (Material leigt doppelt aufeinander) ¥ Auslegung Profilblume: Biegen: l Biegekante = l Blechkante; Walzprofilieren: l Biegekante ¹ l Blechkante ¥ Dreidimensionale Einformung: werkzeug- oder weggebundene Umformung; Einformzonen mit Sattelcharakter führt zu unerwünschten Längsformänderungen ¥ Breitbandprofilieren: bogen-, trapez-, rechteck- oder dreieckförmiger Querschnitt durch seitliche Verschiebung d. Bandkante d. ebenen, noch nicht umgeformten Bandbereiche Aufbau Umformmaschinen: ¥ Umformmaschinen mit gradliniger Realtivbewegung der Werkzeuge o (Walzmaschinen, Ziehmaschinen) o Pressen (presses) § Weggebunden (path-controlled) à fest vorgegebene Bewegungspfade, Bsp. mit Kurven- oder Kurbelgetriebe § Kraftgebunden (force-controlled) à Höhe der Kraft definiert, Bsp. Hydraulische Presse § Arbeitsgebunden (energy-controlled) à bestimmte Höhe à fällt herunter, Bsp. Schabotten- Hammer (schlecht steuerbar); Gegenschlaghammer (Ober- und Unterbär -> Umformung dazwischen) 35 ¥ Umformmaschinen mit nichtgradliniger Realtivbewegung der Werkzeuge ¥ Sondermaschinen 36 TdF 2 Grundlagen: ¥ Wirkliche Oberfläche: Oberfläche, die den Gegenstand von dem ihm umgebenen Medium trennt ¥ Geometrische Oberfläche: ideale Oberfläche, deren Nennform durch die Zeichnung &/o. anderen Unterlagen definiert ist ¥ Istoberfläche: messtechnisch erfasstes, angenähertes Abbild der wirklichen Oberfläche eines Formbilds (versch. Messverfahren können versch. Istoberflächen ergeben) ¥ Toleranz (Maße von Bauteilen dürfen nur begrenzt von den geforderten Maßen abweichen) à stellt die Funktion & Montierbarkeit von Bauteilen sicher (Kostengründen à werden nicht kleiner als notwendig gewählt) ¥ Rauheit (=Unebenheiten einer Oberfläche) à arithmetischen Mittelrauwert Ra(arithmet. Mittel Beträge Höhe Profil); gemittelte Rautiefe Rz (größte Höhe Profil innerhalb Einzelmessstrecke) ¥ Ursachen Form- und Lageabweichung: Schlechte Ausrichtung, Werkzeugverschleiß, Therm. Einflüsse, hohe Spannkraft, hohe Schnittkraft (Durchbiegen) -> Gesamtheit bestimmt Abweichung ¥ Technische Zeichnung: Toleranzen, Werkstoffe, Maße, Oberflächen, Härten, Passung 3. Hauptgruppe: Trennen (cutting) ¥ Schwerpunkte: Zerteilen, Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide, Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide, abtragende Verfahren Zerteilen: ¥ Def.: mechanisches Trennen von Werkstücken ohne Entstehung von formlosem Stoff (=ohne Späne) Einfaches Scherschneiden (blanking): ¥ zerteilen von Werkstücken zwischen zwei Schneiden, die sich aneinander vorbeibewegen ¥ Schneidspalt u = 0,1*Blechdicke ¥ Vollkantig Schneiden: Eingriff der Schneiden entlang der gesamten Schnittlinie ¥ Kreuzend Schneiden: allmähliches Eindringen der Schneide in das Werkstück ¥ Max. Schneidkraft beim Kreuzend-Schneiden wesentlich geringer & damit besser für die Auslegung der Maschine; dabei entsteht allerdings auch eine Kraftkomponente (Querkraft), die das Schnittteil verformt ¥ Ablauf: Krafteinleitung -> Überschreitung Elastizitätsgrenze -> Eindringen des Stempels in das Blech -> Überschreitung Schwerfestigkeit -> Entstehung von Rissen & damit Werkstofftrennung durch Bruch ¥ Gezielte Anordnung der Stanzteile à deutliche Reduktion des Abfalls ¥ Scherschneiden = stanzen -> hohe Stückzahlen ¥ Stanzteile werden direkt vom Coil (Blechband) gestanzt - > hohe Präzision = hohe Steifigkeit ¥ Harter Werkstoff à Schnittkraft FS steigt steil an ¥ Zäher Werkstoff à geringere Schnittkraft FS, wandelt gespeicherte Energie in Wärme um 37 ¥ Reduktion Maximum Fs: Schneidstempel/Matrize mit schrägschliff oder abgesetzter Stirnfläche verwenden (Verkürzung/verschiebung der momentan wirkenden Schnittlänge; Nachteil: Aufbringen Querkraft) -> TBruch = 0,8*Rm ¥ Werkzeugvarianten: durch unterschiedliche Stempelführungen (Pressenstößel, Platte, Schneidspalt um Werkzeug eingestellt -> einfache Maschine) Feinschneiden: ¥ ist ein Präzisionsschneiden à erzeugt im Vergleich zum Scher/Normalschneiden glatte Schnittflächen mit hoher Formgenauigkeit & Maßgenauigkeit ¥ sehr kleiner Schneidspalt ¥ spezielle Präparation der Schneidplattenschneidkante ¥ Gegenhalter ¥ Niederhalter mit Ringzack (auch Führungsplatte genannt, da der Niederhalter oft auch zur Stempelführung dient) ¥ Drei voneinander unabhängig wirkende Kräfte während des Schneidprozesses Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide ¥ Def.: Spanen, bei dem ein Werkzeug verwendet wird, dessen Schneidzahl, Geometrie der Schneidkante und Lage der Schneiden zum Werkstück bestimmt sind (à Grundform= Keil) ¥ Schneidkeil: ¥ Freiwinkel ³= Verhindert das Reiben der Freifläche des Werkzeugs am Werkstück ¥ Keilwinkel ´= bestimmt die Stabilität des Werkzeugs (je kleiner, desto leichter das Eindringen in den Werkstoff aber auch desto instabiler-> Gefahr ausbrechen) ¥ Spanwinkel Ó= beeinflusst den Spannungszustand im Schneidkeil & in der Spanwurzel & damit die Spanbildung ¥ ³+´+Ó=90° ¥ Schruppen: abheben v. möglichst viel Werkstoff in der kurzen Zeit ¥ Schlichten: Abtragen geringer Materialmengen um gute Oberflächengüte und Maß-& Formgenauigkeit zu erreichen ¥ Spanbildung erfolgt durch das Eindringen des Schneidteils in den Werkstoff, welcher dadurch elastisch & plastisch verformt à hauptsächlich findet die plastische Verformung in der primären Scherzone durch Schubverformung (Scherung) statt, vor der Schneidkante bildet sich die Stauzone aus, in welcher der Werkstoff getrennt wird ¥ Schneidkeil/ Werkzeug immer in Beziehung zum Werkstück zu betrachten ¥ Je mehr Wärme durch den Span abgeleitet wird, desto besser 38 ¥ Wahl geeigneter Schnittgrößen soll: optimale Standzeit Werkzeug, mögl. kleine Schnittkräfte, großes Spanungsvolumen, geforderte Oberflächengüte (so gut wie nötig, nicht wie möglich) Drehen: ¥ Spanungsquerschnitt A = Querschnittsfläche eines abzunehmenden Spans, gemessen senkrecht zur Schnittrichtung, bei genau einer Umdrehung des Werkzeugs/Werkstücks à errechnet sich über Schnitttiefe aP*Vorschub pro Umdrehung f oder über Spanungsbreite b* Spanungsdicke ¥ Geeignete Wahl der Schnittgrößen à optimale Standzeit des Werkzeugs, möglichst kleine Schnittkräfte, großes Spanvolumen, geforderte Oberflächengüte (so gut wie nötig) ¥ Geschwindigkeiten: o Schnittgeschwindigkeit vc (m/min): Geschwindigkeit, mit der Werkzeugschneide in Schnittrichtung durch den zu bearbeiten Werkstoff geführt wird & somit den Span abnimmt o Vorschubgeschwindigkeit vf: Geschwindigkeit der Werkzeugschneide in Vorschubrichtung o Wirkgeschwindigkeit ve: vektorielle Summe vc+vf (oft vejvc, da vf rotationssymmetrische Teile ¥ Probleme: erzeugt durch Oberflächenrauheit Drall -> schlecht: Abrieb Lippendichtung (Langlebigkeit) & Austragen aus Dichtraum (Drall wirkt wie Archimedische Schraube -> Schmierstofftransport) ¥ Drallfreies Drehen: keine zusätzliches Schleifen (auch geringe Rauheit), hohe Vorschübe & Standzeit ¥ Wichtigste Kraft: Schnittkraft Fc (entscheidet über Drehmoment, Schnittleistung à Antriebsleistung der Drehmaschine); Einsatz von Außen- & Innendrehwerkzeugen Lünette: Befestigung Arbeitsspindel: Rotation Reitstock: Gegenlager (Zentrierbohrung) Werkzeugschlitten: verschiedene Werkzeuge Fräsen (milling): ¥ Kreisförmige Schnittbewegung durch mehrschneidiges Werkzeug ¥ Vorschub- & Zustellbewegung (werkstück- &/o. werkzeugseitig) ¥ Unterbrochener Schnitt: Schneide tritt bei jeder Umdrehung in das Material ein & wieder aus ¥ Fräsverfahren nach der zu erzeugenden Werkstoffgeometrie unterteilt: o Rundfräsverfahren (circular milling) o Planfräsverfahren (face milling) o Stirnfräsen o Stirnplanfräsen o Umfangsfräsen 41 ¥ Schnittkraft und Temperatur schwanken durch unterbrochenen Schnitt ¥ Werkzeug- & Maschinenauswahl: Ausrichtung Achsen, Leistung d. Antriebe, KSS, Steifigkeit, steife Werkzeugaufnahme, Verschleiß, Spanformung Bsp. Fünfachsenbearbeitung (+Definierte Anstellwinkel relativ zur Werkstückoberfläche, zur Fertigung komplexer Geometrien (Bsp. Messerkopf-, Kugelkopf-, Scheibenfräser) ¥ Herstellung von Prismatischen Bauteilen, Gesenkteilen, Freiformteilen ¥ Energiesparpotential: durch z.B. KSS Bohren (drilling): ¥ Def.: kreisförmige Schnittbewegung, Drehachse des Werkzeugs ist Vorschubrichtung & Achse der zu erzeugenden Innenfläche ¥ Kenngrößen Bohrung bei Bearbeitung sicherstellen: Durchmesser, Linearität(Gradheit), Tiefe, Kreisform ¥ Schnittgeschwindigkeit am vollen Durchmesser des Bohrers berechnet, Hauptschneide zerspant Material, Querschneide drückt Material zur Seite weg (am Mittelpunkt Schnittgeschwindigkeit=0) ¥ Aufbohren (Vergrößerung vorhandene Bohrung) à geringerer Kraftaufwand pro Bohrung ¥ Spanabfuhr entscheidender Punkt (erfolgt hauptsächl. über Kühlmittel), je länger Bohrung desto schwieriger Spanabfuhr ¥ Laser-Bohren (nicht spanabhebendes Verfahren, Laser führt zur Verdampfung, kleine Bohrdurchmesser möglich) ¥ Kernbohren: Werkstoff ringförmig zerspand, innerer Zylinder bleibt bestehen 42 Senken (countersinking): ¥ Dient dem Entgraten & Erzeugung profilierter oder planer Absätze in fertigen Bohrungen è Schraubenköpfe, Muttern, Nieten liegen in der Bohrung bündig mit der Werkstoffoberfläche auf, erleichtern das Gewindeschneiden durch besseren Anschnitt Reiben (reaming): ¥ Aufbohren mit geringer Spanungsdicke à Erzeugung von form- & maßgetreuen, kreiszylindrischen Innenflächen mit hoher Oberflächengüte Räumen (broaching): ¥ Def.: Werkstoffabtrag mit mehrschneidigem Werkzeug, dessen Schneiden hintereinander liegen & jeweils um Spandicke h gestaffelt sind, Vorschubbewegung entfällt durch ¥ Relativlage der Schneiden: ermöglicht Erzeugung komplizierter Fertigteil Geometrien mit hoher Oberflächengüte in meist einem Durchgang ¥ Einzweckwerkzeuge nur bei großen Stückzahlen wirtschaftlich ¥ Verfahren: Innen- (Bearbeitung v. Innenflächen), Außen-, Plan- (parallel zur Schnittrichtung ebener Flächen), -Rund, -Profilräumen (Bsp.: mögliche Profile Vierkant, Keilnabenprofil, Kerbzahnprofil) o Aufbau: Innenwerkzeugraum Sägen (sawing): Entwicklungstendenzen Zerspanen mit geometrisch bestimmter Schneide: ¥ Hochgeschwindigkeitsbearbeitung (HSC): hohe Schnittgeschwindigkeiten senken Schnittkräfte (Schnittkraftdegression), Geschwindigkeitsbereiche werkstoffabhängig, + hohes Spanvolumen & Oberflächenqualität, Wärmeabfuhr durch Späne, Anwendungsbsp. Flugzeugteile, Präzisionsteile, feinmechanische Bauteile ¥ Kühlschmierstrategie (Trockenbearbeitung, Kryogene Kühlung): + Kostensparend, keine Gefährdung der Umwelt & Mitarbeiter durch KSS; - keine Kühlung, oft aufwendiger, Wärmewelle in Maschine (falls Späne nicht abtransportiert werden); Spanfreiheit schwieriger zu realisieren ¥ Zerspanung mit Industrierobotern: flexible Einsatzmöglichkeiten, geringe Investition pro m3 Arbeitsraum, Zugänglichkeit ¥ Mikrozerspanung 43 ¥ Hartbearbeitung: Verkürzung der Produktionskette ¥ Bearbeitung von CFK- & GFK Werkstoffen: Leichtbau, Herausforderungen: hoher Werkzeugverschleiß, da Fasern stark abrasiv, Brechen der Faserung -> Delaminierung/Absplitterung, Feinstaub o Werkzeuge: beschichtete VHM-Werkzeuge; Einsatz von Diamantbeschichtung (sehr hart) Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide Schleifen (grinding): ¥ Schneidkörner dringen nur gering in Material ein ¥ Hoher Zeit- & Energiebedarf ->nur Endbearbeitung ¥ Feinere Körnung = kleinere Rautiefe ¥ Vorteile: verbesserte Oberflächengüte, Form- und Maßgenauigkeit; Bearbeitung harter Werkstoffe ¥ Vielschneidige Werkzeuge (Vielzahl gebundener Schleifkörner) ¥ -> Abrundung der Körner ¥ -> Brechen aus Bindung bei zu hohem Verschleiß heraus ¥ Hohe Genauigkeiten (höher als Fräsen & leiser) ¥ Schleifverfahren + Skizzen: 8 günstig (einfach Bauteil hinein legen) ¥ Schleifverfahren: Umfangs/Seiten, längs/quer, plan/rund (innen/außen) ¥ Aufbau: Gefüge beschreibt Abstand der Körner: offen (große Abstände à leichte Spanabfuhr), dicht (weiche Bindung/ Bindemittel der Körner à Körner brechen schnell aus à für harte Materialien (Körner schnell verschliffen); Bindung hart à weiche Materialien ¥ Abrichtprozess: Formen & Schärfen von Schleifwerkzeugen; Bsp. 3-Achs-Planschleifmaschine: Diamant nimmt oberste Reihe der Körner ab à Höhe Schleifscheibe kleiner à nach Richten à hoher Verschleiß der Scheibe; wirt. Gründe: mögl. wenig Abrichten ¥ Anforderungen: o Tiefschleifen: vollzieht bei relativ kleiner Vorschubgeschwindigkeit eine relativ große Zustellung o Pendelschleifen: vollzieht hin und her Bewegungen bei relativ hoher Vorschubgeschwindigkeit & kleinen stufenweisen Zustellbewegungen Honen (honing): ¥ Def.: vielschneidige Werkzeuge führen eine aus zwei Komponenten bestehende Schnittbewegung aus, mind. eine Komponente hin-/herbewegend à Oberfläche weist Kreuzstruktur mit hervorragen tribologischen Eigenschaften, erhöhtes Ölhaltevermögen (Laufflächen) auf 44 ¥ Werkzeugaufbau: o Kompensation des Verschleißes: spreizt Hohnleisten nach außen, wenn Zustellift nach unten gestellt wird ¥ Werkzeuge: 1/2/Mehrleisten-, Schalen-, Dorn-Honwerkzeug ¥ Honen v. Außenflächen: Kurzhubhonen (Bandfinsih)-> Feinbearbeitung zylindrische Außenflächen ¥ Anwendung typischerweise beim Verbrennungsmotor ¥ Bsp. Verfahrensablauf: Vorhohnen à Nachmessstation à Zwischenhonen à Nachmessstation à Fertighonen à durch mehrere Bearbeitungsstufen mit immer feineren Honsteinen lassen sich hohe Oberflächengüten erzielen ¥ Vorteile: o Kreuzstruktur à optimale tribologische Eigenschaften; optimale Verankerung von Gegenpartnern (z.B. Lagerschalen) o Gute Wärmeleitfähigkeit im Kontaktbereich mit anderen Bauteilen durch große Berührungsflächen, geringe Temperaturen in der Wirkzone o Ununterbrochener Schnitt möglich o Hohe Lebensdauer der Werkzeuge, selbstschärfend o Werkzeuge richten sich selbst in der Bohrung aus ¥ Entwicklungstendenz Laserhonen: Kreuzschliff durch Laser herstellen Strahlspanen: ¥ Zerspanenergie wird durch Arbeitsrichtung beschleunigtes Strahlmittel bereitgestellt -> Beschleunigung durch Schleuderrad (direkt) oder Trägermedium (Wasser, Luft) -> Schleifende/abtragende Wirkung ¥ Für verschiedene Materialen (Stein, Glas, Metall) ¥ Vorteile: o Verarbeitung nahezu aller Werkstoffe, hohe Flexibilität o Endbearbeitete Teile, keine Nachbearbeitung nötig o Keine thermischen Einflüsse, Gefügeveränderungen oder Mikrorisse o Keine Späne, Stäube, KSS -> nur Aufbereitung Wasser o hohe Präzision, auch bei großen Materialdicken ¥ Nachteile: o Betriebssicherheit, Strahlaufweitung, geringe Schnittgeschwindigkeit o Verschleiß an der Düse, hohe Investitionskosten & Energiekosten ¥ Reinwasserschneiden: Hochdruckwasser wird zum Ein/Aus-Ventil geleitet, das den Schneidstrahl regelt; Saphir/Diamantwasserdrüse erzeugt einen Wasserstrahl, der sich mit nahe dreifacher Schallgeschwindigkeit bewegt o Hervorragende Kühlung; hoher Verschleiß am Ventil o Trennt vorwiegend weiche Materialien (Papier, Dichtungen, Schaum/Dämmstoffe) ¥ Abrasiv-Wasserstrahl: Beimischung von Granatsand in den reinen Wasserstrahl o Trennt vorwiegend harte Materialien (Metall, Glas, Stein, Marmor) (auch Gravur) ¥ Eindimensionales Schneiden: Längs- und Querschneiden, Randbesäumung (weiches Material) 45 ¥ Zweidimensionales Schneiden: Reinwasser (Gummi, Kunststoff, Leder&-> Endbearbeitung, Autoindustrie, Lohnfertigung) & Abrasiv (Metall, Glas, Keramik&-> Luft- & Raumfahrt) ¥ Dreidimensionales Schneiden: Reinwasser & Abrasiv (Roboter geführt) Abtragende Verfahren: Thermisches Abtragen Funkenerosion (EDM): ¥ Prinzip: o Werkstück & Werkzeug berühren sich nicht o Zwischenraum mit Dielektrikum gefüllt o Stromquelle à Spannung zwischen Werkstück & Werkzeug o Nähert sich Werkzeug dem Werkstück àkontrollierter Lichtbogen springt auf Werkstück über & erzeugt punktuell eine Temperatur weit oberhalb des Schmelzpunktes à Material schmilzt & verdampft à kleine Krater o Mehrere Entladungen nacheinander à Krater nah aneinander à Werkstoffoberfläche ebenmäßig abgetragen o Werkzeug verschleißt nur minimal o Elektrische Energie mittels gesteuerter Impulsgeneratoren umgewandelt ¥ Senkerodieren: gewünschte Form wird mit dreidim. Elektrode negativ im Metall abgebildet -> überlagerte Bewegung in den Hauptachsen -> unterschiedl. Formen/Vertiefungen ¥ Drahterodieren: Bearbeitungsmaschine führt Draht entlang der programmierten Strecke (ähnlich Laubsäge) o Anwendung: Prototypen, Vorserien, Kleinserien, Ersatzteile, Werkzeuge, Schablonen, Elektroden ¥ Vorteil: hohe Schnittgeschwindigkeit, 100%ige Überwachung der endgültigen Form & Oberfläche ¥ Spülen: 46 Abtragen mit Laserstrahl: ¥ Parallele (gleichgerichtete), monochromatische (eine Wellenlänge), kohärente (phasengleiche Schwingung) Laserstrahlung ¥ Entstehung Laserstrahl: Licht/elektromagnet. Welle trifft auf laseraktives Medium à versetzt Elektronen auf ein energetisch höheres Niveau à Zurückfallen = Freisetzen von Elektronen à zurückreflektieren in laseraktives Medium à Verstärkung des Effekts -> Photonen: kohärent & monochromatisch ¥ Linse à Fokussieren des Laserstrahls ¥ Neodym- YAG (Festkörper) ¥ + hohe Geschwindigkeit (Bsp. Beschriftung Tastatur) ¥ - Nachteil: Hitze à Veränderungen der Härteeigenschaften & Verformungen möglich Abtragen mit Elektronenstrahl: ¥ Prinzip: Energieumsetzung beim Auftreffen eines hochbeschleunigten Elektronenstrahls (kin. Energie à Wärmeenergie) im Vakuum; hohe Leistungsdichte im Brennfleck, Ablenken durch magnet. Feld ¥ 1. Beschleunigte Elektronen lassen Metall im Brennpunkt schmelzen ¥ 2. Bohrloch mit geschmolzenem Metall am äußeren Umfang entsteht ¥ 3. Nach Vorgang erstarrt Schweißstelle, es bildet sich eine Schicht um das Loch ¥ 4. Vorgang erfolgt im Vakuum (sonst nur geringe Beschleunigung der Elektronen) ¥ Deutlich höhere Strahlenausgangsleistung (Nutzung der eingebrachten Energie durch den Elektronenstrahl) als beim Laserstrahl ¥ Vorteile: einfach zu erzeugen & abzulenken (Magnetfeld), sehr tief, bleibt konstant ¥ Nachteil: muss Vakuum erzeugen ¥ EB Multi Prozess Technologie: Strahl über mag Spule ablenken à zeitlich aufgeteilt in versch. Bereichen àweniger Verzerrungen, gleichmäßigeres Ergebnis ¥ Vergleich der verschiedenen Trennverfahren: o Laser à schnell; Wasser à keine therm. Veränderung, dickste Materialien; EDM à genau Chemisches Abtragen: ¥ Prinzip: chem. Reaktion des Werkstückwerkstoffs mit einem Wirkmedium zu einer Verbindung, die flüchtig oder leicht entfernbar ist o Werkstoffumsetzung findet durch direkte chem. Reaktion statt ¥ Verfahrensvarianten: Ätzabtragen; Thermisch-Chemisches Entgraten (TEM) Ätzabtragen: ¥ Prinzip: o Abtragen von Material in Form von Vertiefungen auf der Oberfläche o. anorganischer Materialien durch Anwendung ätzender Stoffe o Bauteile o. einzelne Flächen können durch Abdecklacke vor dem Ätzmittel geschützt werden o Einsatzgebiete: industrielle Fertigungstechnik, Kunsthandwerk Thermisches Entgraten: ¥ Prinzip: Mischgas aus Wasserstoff & Sauerstoff wird in der Entgratkammer gezündet & oxidiert (verbrennt) dünne, überstehende Grate (hohe Hitze à 47  Stellen mit viel Oberfläche & wenig Material (Grat) verbrennen, andere: weniger Wärmeveränderung ¥ Einflussgrößen: Größe des Grats, Verhältnis Volumen zur Oberfläche; Zünd- & Schmelztemperatur, Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffs; Gasfülldurch & Mischungsverhältnis der Reaktionsgase ¥ Vorteil: Entgraten von schwer zugänglichen Stellen Reinigen: ¥ Def.: Entfernen unerwünschter Stoffe (Verunreinigungen) von der Oberfläche von Werkstücken bis zu einem erforderlichen, vereinbarten oder möglichen Grad ¥ Verfahren: Reinigungsstrahlen, mechan. Reinigen, Strömungstechnisches Reinigen, Lösemittelreinigen, thermisches Reinigen ¥ Ziele der Bauteilreinigung: o Vorbereitung der Werkstücke für nächsten Bearbeitungsschritt o Sicherstellung der Funktion von Baugruppen & Erzeugnissen o Vermeidung von Einschleppungen in nachfolgende Prozesse ¥ Typische Verunreinigungen: o Prozessstoffe aus Vorprozessen o Späne & Abrieb aus der mechanischen Bearbeitung o Oxidschichten o Undefinierter Schmutz auf Teilen der Serieninstandhaltung ¥ Saubarkeit entscheiden für Qualität (z.B. beim Lackieren von Autos); nicht klar definiert/ orientiert sich an spez. Anforderungen ¥ Parameter optimales Reinigen: Temperatur, Medium, Zeit, Applikation (Sinnerscher Kreis) ¥ Bsp. Hochdruckspritzreinigung (wie Haushaltsspülmaschine, nur Durchlaufprinzip); Ultraschallreinigen; Tauchreinigung mit Druckfluttechnik oder Trockeneisstrahlen -> früher chlorierter Kohlenwasserstoff -> heute verboten) ¥ Laserstrahlreinigung: zu reinigende Flächen werden mit Laser abgefahren à Laser verbrennt Verschmutzung; Oberfläche therm. Belastung; erreicht nicht alle Winkel; Arbeitssicherheit (Reflexion ins Auge) 4. Hauptgruppe: Fügen (assembling): ¥ Auf Dauer angelegtes verbinden & zusammenbringen von 2 oder mehr Werkstücken mit geometr. bestimmter Form oder formlosen Stoffen ¥ 1. Zusammensetzen: à Montage (manuell o. automatisch) o Auflegen: Zusammensetzen durch Über- oder Aufeinanderlegen o Einlegen: Zusammensetzen, indem ein kleines Werkstück in ein größeres gelegt wird ¥ 2. Füllen: o Einfüllen: Füllen durch Einbringen von gasförmigem, flüssigem o. festem Stoff in hohle Körper o Imprägnieren ¥ 3. An- & Einpressen: o Schrauben o Fügen durch Pressverbindung: o Fügen durch Einpressen (axiales Fügen durch Presspassung) o Fügen durch Schrumpfen (Fügen durch Presspassung, wobei Innen- & Außenwerkstück lose zusammengesteckt & beim Abkühlen verspannt werden) 48  o Verspannen (Fügen, indem Werkstücke mit einem Konus o. Spannelement verpresst werden, wobei die erforderliche Axialkraft über ein Gewinde aufgebracht werden kann) o 4. Fügen durch Urformen: o Ausgießen (Fügen, indem flüssiger Stoff auf eine Fläche zum Bilden eines Ergänzungsstücks gegossen wird) o Umspritzen (Fügen, indem feste Werkstücke eingegossen werden) ¥ 5. Fügen durch Umformen: o Gemeinsames Fließpressen (Fügen, indem an- o. ineinander gelegte Werkstücke durch gemeinsames Fließpressen verbunden werden) o Brödeln (Fügen, indem ein Werkstück durch das Ausformen eines Bordes formschlüssig mit einem anderen verbunden wird) o Falzen (Fügen, indem gemeinsam die Rändern von Werkstücken so umgebogen werden, dass ein Formschluss ensteht) o Fügen durch Nietverfahren (Fügen durch Stauchen eines bolzenförmigen Verbindungselements (Niet) zum Verbinden aufeinander liegender Werkstücke) ¥ 6. Textiles Fügen: o Beschreibt zum einen die Herstellung von Geweben, Vliesen & die daraus gefertigten Halb- & Fertigerzeugnisse & zum anderen das Nähen mit Garnen & Fäden sowie die Herstellung nichtlösbarer Verbindungen ¥ Montage o Fügen ¹ Montage o Montage benutzen Fügen, schließt aber auch Handhabungs- & Hilfsvorgänge mit messen & prüfen ein (Fügen, Handhaben, Kontrollieren, Justieren, Sonderoperationen) o Planmäßiger Zusammenbau v. Bauteilen/Baugruppen zu Erzeugnissen o Manuelle, Teilautomatisierte & Vollautomatisierte Montage Fügen durch Schweißen: ¥ Def.: Vereinigen von Werkstoffen in der Schweißzone unter Anwendung von Wärme und/oder Kraft mit oder ohne Schweißzusatz/Hilfsstoffe (z.B. Schutzgase, Schweißpulver, Pasten) zu Ermöglichung o. Erleichterung; notwendige Energie von außen hinzugeführt ¥ Anforderungen an die Schweißnaht: hohe Streckgrenze, ausreichende Duktilität, keine Risse o. Poren ¥ +: vielfältige Form& Gestaltungsmöglichkeiten; dichte & unlösbare Verbindungen; Naht so fest/fester als Bauteil; weniger zusätzl. Verbindungselemente ¥ -: Gefüge Veränderungen Schweißzone -> geringere Festigkeit; Verzug & Schrumpfung; Beschränkung gewisse Werkstoffe; nicht alle Werkstoffe sind miteinander verschweiß bar 49 ¥ Schweißbarkeit eines Bauteils: o Schweißeignung/ Werkstoff: chemische (Härteneigung, Spördbruchverhalten,&), physikalische (Schmelzpunkt, Wärmeleitfähigkeit,&), metallurgische (Einschlüsse, Gefüge,&) Eigenschaften o Schweißsicherheit/ Konstruktion: konstruktive Gestaltung (Kraftfluss im Bauteil, Kerbwirkung,..), Beanspruchungszustand (Art/Größe der Spannungen, Temperatur,..) o Schweißmöglichkeit/ Fertigung: Vorbereitung (Schweißverfahren, Nahtvorbereitung,&), Ausführung (Wärmezuführung,&), Nachbereitung (Schleifen,&) ¥ Regeln für schweißgerechte Konstruktion: o Schweißnähte müssen beim Schweißen gut zugänglich sein o Vermeiden von Schweißnähten in Querschnittsübergängen o T-Profile der Konsole verringern Spannung in Zugzone & damit Einrissgefahr ¥ Einteilung Schweißverfahren: o Schmelz-Schweißen (ohne Kraft): Gasschmelzschweißen; Lichtbogenschmelzschweißen; Strahlschweißen -> Erhitzung Schweißstelle über Schmelzpunkt hinaus o Press-Schweißen (mit Kraft): Widerstandpressschweißen; Lichtbogenpressschweißen; Pressschweißen -> Erwärmung teigiger Zustand, dann Zusammenpressen Gasschmelzschweißen/ Autogenschweißen: ¥ Verfahrensprinzip: o Erhitzung des Metalls durch Verbrennungsgas (Acetylen-Sauerstoff-Gemisch) o normalerweise Schweißdraht als Zusatzwerkstoff o Gasflamme schirmt das Schweißbad gegenüber der Atmosphäre ab & verhindert Oxidation o Großer Wärmeeinflussbereich à hoher Verzug ab Werkstück o Bewegungsrichtung: nach rechts (Nachwärmen), links (Vorwärmen) Lichtbogenschmelzschweißen: ¥ Verfahrensprinzip: o Entstehung des Schmelzbades durch Einwirkung eines Lichtbogens (Erzeugung durch Gleich- oder Wechselstrom) zwischen Elektrode & Werkstück; abschmelzende Elektrode kann als Schweißzusatz dienen Lichtbogenhandschweißen o Manuell geführte abschmelzende & umhüllte Stabelektrode (Schutzgasmantel) (Einteilung in umhüllte/nichtumhüllte E. à weitere Unterteilung nach Art der Umhüllung) à Zusammensetzung & Dicke der Umhüllung abhängig vom Werkstoff, Blechdicke, Oberflächenbeschaffenheit o Blaswirkung: Ablenkung Lichtbogen durch elektro. Magnet. Feld -> große Blaswirkung = kein Schweißen (z.B. Verringern durch Polklemme, andere Schweißrichtung) o I-U-Kennlinie soll möglichst steil fallen -> geringe Veränderung Abschmelzleistung 50 Schutzgasschwe