Modellierung der Energiedissipation in der Funkenerosion (E-Book)

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2-3 Tage
Autor:
Schneider, Sebastian
ISBN
978-3-86359-997-3
39,00 €
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Quick Overview

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Die steigenden Anforderungen an Bauteile im Einsatz macht eine immer bessere Prädiktion der Bauteilrandzone nach dem Fertigungsprozess notwendig. In der Funkenerosion sind es vorwiegend thermische Effekte, die zur Veränderung der Randzoneneigenschaften führen. Aus diesem Grund wurde ein Modell entwickelt, welches die thermisch induzierten Beanspruchungen beschreibt, um letztlich auf die Randzoneneigenschaften nach dem Prozess zu schließen.

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Jeder Fertigungsprozess hinterlässt seine Spuren auf dem fertigen Bauteil. Diese Spuren äußern sich in lokalen Veränderungen der Eigenschaften an den bearbeiteten Oberflächen. Einige dieser Veränderungen wirken sich im späteren Einsatz positiv und andere negativ auf das Bauteilverhalten aus. Sowohl die Auswirkungen als auch die Ursache der veränderten Eigenschaften generisch zu bestimmen und somit einen Ansatz zur Prognose des Einsatzverhaltens zu schaffen, ist die Grundidee der Prozesssignaturen. Diese beschreiben den mechanismenbasierten Zusammenhang zwischen den Werkstoffbeanspruchungen und den daraus resultierenden Modifikationen im Werkstoff. Zurückführen lassen sich die verantwortlichen Mechanismen auf drei Hauptwirkungen: Thermisch, mechanisch und chemisch, die jeweils oder in Kombination zu einem spezifischen Beanspruchungskollektiv im Werkstoff führen.
Die Funkenerosion, die den Abtrag durch elektrische Entladungen generiert, hat entsprechend eine rein thermische Hauptwirkung. Gegenstand dieser Arbeit ist die Bestimmung der Werkstoffbeanspruchung, die im Funkenerosionsprozess auftritt. Dazu musste zunächst der für die Werkstoffbeanspruchung im Werkstück verantwortliche Anteil an der Prozessenergie bestimmt werden. Mit der Kombination aus einer empirischen Analyse der energetischen Vorgänge im Arbeitsspalt und einem numerischen Modell des Wärmetransfers konnte der Energieanteil für die skizzierten Randbedingungen einer Einzelentladung ermittelt werden. Der Funkenerosionsprozess setzt sich aus der hochfrequenten, kontinuierlichen Aneinanderreihung von Einzelentladungen zusammen. Die Übertragung auf den kontinuierlichen Prozess erfolgte in zwei Schritten. Zunächst wurde die Wechselwirkung zweier aufeinanderfolgender Entladungen analysiert und im Anschluss das resultierende makroskopische Temperaturfeld infolge des kontinuierlichen Funkenerosionsprozesses bestimmt. Die Kombination der drei Modelle (Einzelentladung, Wechselwirkung konsekutiver Entladungen und makroskopisches Temperaturfeld) ermöglichte die Bestimmung der lokalen Werkstoffbeanspruchung im Funkenerosionsprozess. Exemplarisch wurde eine Prozesssignaturkomponente, welche die verbleibenden Eigenspannungen beschreibt, aufgestellt und auf ihre Invertierbarkeit überprüft. Somit konnte die Möglichkeit einer funktionsorientierten Prozessauslegung für den Funkenerosionsprozess aufgezeigt werden.

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Autor Schneider, Sebastian
Gewicht 0 kg
Erscheinungsdatum 06.09.2021
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Jeder Fertigungsprozess hinterlässt seine Spuren auf dem fertigen Bauteil. Diese Spuren äußern sich in lokalen Veränderungen der Eigenschaften an den bearbeiteten Oberflächen. Einige dieser Veränderungen wirken sich im späteren Einsatz positiv und andere negativ auf das Bauteilverhalten aus. Sowohl die Auswirkungen als auch die Ursache der veränderten Eigenschaften generisch zu bestimmen und somit einen Ansatz zur Prognose des Einsatzverhaltens zu schaffen, ist die Grundidee der Prozesssignaturen. Diese beschreiben den mechanismenbasierten Zusammenhang zwischen den Werkstoffbeanspruchungen und den daraus resultierenden Modifikationen im Werkstoff. Zurückführen lassen sich die verantwortlichen Mechanismen auf drei Hauptwirkungen: Thermisch, mechanisch und chemisch, die jeweils oder in Kombination zu einem spezifischen Beanspruchungskollektiv im Werkstoff führen.
Die Funkenerosion, die den Abtrag durch elektrische Entladungen generiert, hat entsprechend eine rein thermische Hauptwirkung. Gegenstand dieser Arbeit ist die Bestimmung der Werkstoffbeanspruchung, die im Funkenerosionsprozess auftritt. Dazu musste zunächst der für die Werkstoffbeanspruchung im Werkstück verantwortliche Anteil an der Prozessenergie bestimmt werden. Mit der Kombination aus einer empirischen Analyse der energetischen Vorgänge im Arbeitsspalt und einem numerischen Modell des Wärmetransfers konnte der Energieanteil für die skizzierten Randbedingungen einer Einzelentladung ermittelt werden. Der Funkenerosionsprozess setzt sich aus der hochfrequenten, kontinuierlichen Aneinanderreihung von Einzelentladungen zusammen. Die Übertragung auf den kontinuierlichen Prozess erfolgte in zwei Schritten. Zunächst wurde die Wechselwirkung zweier aufeinanderfolgender Entladungen analysiert und im Anschluss das resultierende makroskopische Temperaturfeld infolge des kontinuierlichen Funkenerosionsprozesses bestimmt. Die Kombination der drei Modelle (Einzelentladung, Wechselwirkung konsekutiver Entladungen und makroskopisches Temperaturfeld) ermöglichte die Bestimmung der lokalen Werkstoffbeanspruchung im Funkenerosionsprozess. Exemplarisch wurde eine Prozesssignaturkomponente, welche die verbleibenden Eigenspannungen beschreibt, aufgestellt und auf ihre Invertierbarkeit überprüft. Somit konnte die Möglichkeit einer funktionsorientierten Prozessauslegung für den Funkenerosionsprozess aufgezeigt werden.

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Institut für Industriekommunikation und Fachmedien (IIF) GmbH an der RWTH Aachen

Steinbachstr. 25
52074 Aachen
Deutschland