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Entwicklung einer Prozesssignatur für die elektrochemische Metallbearbeitung

ISBN: 978-3-86359-750-4

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Kurzübersicht

Durch steigende Beanspruchung von Bauteilen im Einsatz, gewinnt die gezielte Einstellung von Randzoneneigenschaften, welche die Funktionalität maßgeblich sicherstellen, in Fertigungsprozessen kontinuierlich an Bedeutung. Die Entwicklung dieser Eigenschaften hängt im ECM-Prozess maßgeblich von den lokalen Elektrolysebedingungen ab. Aus diesem Grund wurde ein mikroskopisches Modell entwickelt, welches die Vorhersage und Einstellung von Randzoneneigenschaften für elektrochemische Prozesse ermöglicht.

Entwicklung einer Prozesssignatur für die elektrochemische Metallbearbeitung

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Details

Steigende Belastungen in der Anwendung führen dazu, dass Bauteile nicht mehr nur innerhalb geometrischer Toleranzen gefertigt werden müssen, sondern zusätz-lich über festgelegte Eigenschaften, insbesondere in der Bauteilrandzone, verfügen müssen. Die deterministische Einstellung von Randzoneneigenschaften durch Produktionsprozesse wird als inverses Problem der Fertigungstechnik bezeichnet. Die Lösung dieses Problems a priori gelingt heutzutage nur in Ausnahmen und er-fordert in der Regel iterative Auslegungszyklen. Ein möglicher generischer Lö-sungsansatz dazu ist das Konzept der Prozesssignatur.
Die elektrochemische Metallbearbeitung (ECM) ermöglicht prinzipiell eine hochgra-dig produktive und quasi verschleißfreie Fertigung von Bauteilen bei gleichzeitig besten Oberflächengüten. Allerdings erzeugt auch der ECM-Prozess eine Reihe von Veränderungen in der Bauteilrandzone, sodass bis dato die gesamte Prozess-auslegung mehrere heuristische Zyklen erfordert. Dadurch ist die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens häufig nur in der Großserie gegeben.
Gegenstand dieser Arbeit ist daher die mechanistische Verknüpfung von Werk-stoffmodifikationen und prozessinduzierten Werkstoffbeanspruchungen für ECM-Prozesse zur Vorhersage von Randzoneneigenschaften. Zu diesem Zweck werden zunächst mithilfe von einer thermodynamischen Bilanz die dominanten Werkstoff-beanspruchungen des Prozesses identifiziert. Deren Wechselwirkung mit der Werkstückrandzone wird analysiert und modelliert. Unabhängig davon werden am Beispiel eines Einsatzstahls auftretende Werkstoffmodifikationen erfasst und cha-rakterisiert. Basierend auf diesen Erkenntnissen erfolgt die mechanistische Ver-knüpfung von Beanspruchungen und Modifikationen zu einer Prozesssignatur. Dabei wird beispielweise gezeigt, dass die Topographie infolge inhomogener Mate-rialauflösung quantitativ numerisch vorhergesagt werden kann. Allerdings reicht die numerische Vorhersage von Veränderungen in der Randzone nicht zur determinis-tischen Einstellung der Randzone aus, da diese weiterhin iterativ erfolgen würde. Aus diesem Grund wird die Invertierbarkeit der aufgefundenen Signaturkomponen-ten geprüft und nachgewiesen, dass sich invertierte Komponenten zur virtuellen Prozessauslegung nutzen lassen. Zusätzlich wird abschließend gezeigt, wie sich die entwickelte Methodik auf weitere Werkstoffklassen, wie Nickelbasislegierungen, übertragen lässt und somit die Voraussetzung zur Entwicklung von Technologieda-tenbanken für ECM-Prozesse geschaffen.

Zusatzinformation

Autor Harst, Simon
ISBN/Artikelnr. 978-3-86359-750-4
Gewicht 0.246 kg
Erscheinungsdatum 05.08.2019
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