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In der vorliegenden Arbeit soll mittels Laserablation eine funktionale Mikrostruktur in die Oberfläche von Edelstahl und speziellen Wolframcarbid-Hartmetall-Klemmwerkzeugen zur Erhöhung der Haltekraft eingebracht werden. Damit ein präziser und schneller Materialabtrag realisiert werden kann, wird für die Umsetzung der Arbeitsaufgabe ultrakurzgepulste Laserstrahlung in Verbindung mit hochdynamischer Strahlablenkung verwendet.
Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit den Auswirkungen des Stirnplanfräsens auf den Eigenspannungszustand in der Oberflächengrenzschicht von Prüfstücken aus dem unlegierten Vergütungsstahl C45. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der Bewertung der Zusammenhänge zwischen relevanten Fertigungsparametern und der sich einstellenden Charakteristik des Randzonenbereichs. Die Ermittlung des Eigenspannungszustands wurde hierbei unter Zuhilfenahme der Messmethodik des Bohrlochverfahrens durchgeführt. Auf der Grundlage der erzielten Erkenntnisse erfolgte ebenfalls eine Analyse der verwendeten Werkzeugmaschine auf ökonomischer Ebene. Einen weiteren zentralen Bestandteil dieser Arbeit bilden die sich anschließenden Langzeituntersuchungen, welche sich am Vorgehen sowie den Randbedingungen einer spanenden Bearbeitung aus der Praxis orientieren. Erneut steht dabei der sich ausbildende Spannungszustand im Randzonenbereich der C45-Proben im primären Fokus. Am Ende dieser wissenschaftlichen Arbeit steht die ausführliche Zusammenfassung aller gewonnenen Ergebnisse und Erkenntnis sowie deren Zusammenhänge und Ableitungen der bearbeiteten Forschungsthematik
Die Möglichkeiten zur Charakterisierung von laserstrukturierten Oberflächen werden diskutiert. Es werden die Topographie, das Gefüge, die chemische
Zusammensetzung sowie die Korrosionsbeständigkeit vor und nach der Bearbeitung untersucht. Es wird ein Vorgehen zum Versuchsplanung und Auswertung mit Hilfe der Methoden des Design of Experiments vorgestellt. Die statistische Auswertung zeigt keine Effekte des Werkstoffs, der Pulsdauer von 1 MHz bis 20 MHz oder der Pulsfrequenz von 400 fs bis 10 ps auf die resultierenden Strukturen. Der Prozess ist damit in einem weiten Parameterfenster skalierbar. Der Effekt der Oberflächenbeschaffenheit kann statistisch nicht erfasst werden.
Zur automatisierten Planung und Steuerung einer Anlage wird eine über viele Jahre entwickelte und stetig fortschreitende Software der Firma UTIKAL Automation GmbH & Co eingesetzt.
Diese basiert auf „klassischen“ Regeln bzw. Heuristiken zur Steuerung und Kontrolle der Abläufe, z.B. Überprüfung Maschinenbelegung, Verhinderung Kollision zwischen Transportwagen, Abstimmung von Fahrten mehrerer Transportwagen etc. Erzielt werden gute bis sehr gute Produktivität und Durchsätze in einer Anlage, jedoch ist das Ziel dieser Arbeit mittels Einsatz von maschinellem Lernen (Deep Reinforcement Learning) dies noch zu steigern und den Grad an Automatisierung zu erhöhen. Dies betrifft sowohl Produktivität und Durchsatz als auch ein hoffentlich intelligentes Eingreifen in unerwünschten oder unerwarteten Situationen ausgelöst z.B. durch Störungen.
Es gibt mehrere Möglichkeiten zur Oberflächenverbesserung in der additiven Fertigung. Je nach Beschaffenheit der Teile unterscheiden sich auch die eingesetzten Nachbearbeitungstechniken. Sandstrahlen ist ein sehr wichtiger Oberflächenbearbeitungsverfahren, der die Oberflächenqualität gleichmäßiger machen kann. Dies erzeugt jedoch die typische narbige Oberflächenstruktur, die durch den lokalisierten kraterbildenden Einfluss der Strahlkörner verursacht wird.
Durch die mikroskopische Form der Oberfläche, die aus mehreren versetzt übereinander liegenden Kratern besteht, wird eine zufällige Oberfläche gebildet, die aus mehreren unterschiedlich Gestaltelementen besteht. zum Beispiel: runde abgeflachte Strukturen am Grund der Strahl-korn-Krater, steile aufragende Fronten durch Gratbildung an den Kraterrändern, steile schmale Täler aufgrund von Überlagerungen der Krater und Kraterränder usw. Ziel ist es, verschiedene Oberfläche Strukturen zu erkennen. Aber Messgeräte erzeugt Ausreißer, d.h. Spikes, die nicht auf dem eigentlichen Werkstück sind. Deshalb ist die Hauptforschung dieser Arbeit: Erkennung von Ausreißer. Weil man gefunden hat, dass bei der Messung wir erst mal die Ausreißer identifizieren müssen, bevor die Krater bewerten können.
Der Umstieg der Kfz-Technik weg von fossilen Treibstoffen hin zu vollelektrischen Antrieben bedarf einer Neuorientierung der Unternehmen, welche bisher Teile klassischer Antriebe gefertigt haben. Hinzu kommen die systembedingten, höheren Belastungen für Bauteile des Elektroantriebes. Für das Werk der Firma Oerlikon Balzers in Stollberg/Erz. bedeutet dies, einen starken Rückgang der Nachfrage an Verschleißschutzbeschichtungen im Bereich der Verbrennungsmotoren, welches bisher als Hauptgeschäftsfeld angesehen wurde. Zusätzlich sind die Eigenschaften einer klassischen Hartstoffbeschichtung nicht mehr ausreichend für die neuen Belastungen. Hierzu wurden Duplex-Behandlungen entwickelt, bestehend aus Plasmanitrieren der Oberfläche mit nachfolgender Hartstoffbeschichtung. Negative Effekte des Plasmanitrierens, wie Oberflächendefekte und ein mattes Erscheinungsbild müssen dabei jedoch in einer Zwischenreinigung entfernt werden. Dabei wird ein Druckluft-Perlstrahl-Verfahren eingesetzt. Dieses soll in der vorliegenden Arbeit zum besseren Verständnis analysiert und hinsichtlich ihrer Effizienz optimiert werden.