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Thermoelastische Verformungen von Werkstücken aus Leichtmetall bei der Trockenbearbeitung

ISBN: 978-3-86359-367-4

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Kurzübersicht

Ziel dieser Dissertation ist u.a. eine Methode zum Bestimmen prozessbedingten Wärmeeintrags zu entwickeln und zu validieren. Aus Geometrie, gemessener Ausdehnung und Werkstoffdaten wurde Wärmeeinbringung abgeleitet. Die FE-Simulation dieses Probewerkstücks erreicht sehr gute Übereinstimmung mit der Messung. Der Parametereinfluss auf den Wärmeeintrag für Bohren wurde bewertet. Die Erkenntnisse wurden auf ein Gehäuse übertragen, Bohroperationen simuliert, Positionsfehler analysiert und mit Messungen verglichen.

Thermoelastische Verformungen von Werkstücken aus Leichtmetall bei der Trockenbearbeitung

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Details

Im Automobilbau werden zur Gewichtsreduktion zunehmend Leichtmetalle eingesetzt. Hinzu kommt, dass die Trockenbearbeitung heute in weiten Bereichen der Massenfertigung als Stand der Technik betrachtet wird. Dies führt, durch die erhöhte Wärmeeinbringung in das Werkstück, zu hohen thermisch induzierten Verformungen des Bauteils. Bei komplexen Geometrien ist es deshalb schwierig, diese mit engeren Toleranzen, hoher Genauigkeit und Produktivität zu fertigen.

Ziel muss es daher sein, die während der Bearbeitung entstehenden thermoelastischen Verformungen bereits im Prozessplanungsstadium zu bestimmen und eventuell zu kompensieren.

Eine Kernfrage bei der thermoelastischen Simulation (FEM) ist die ins Werkstück fließende Wärmemenge. Die Literaturrecherche zeigte, dass die Bestimmung des Wärmeeintrags mittels Temperaturmessung oder Kalorimetrie erfolgt. Diese sind aber mit großen Unsicherheiten und hohem Aufwand verbunden. Darüber hinaus wurden iterative Ansätze gewählt, bei denen in Optimierungsschleifen die Eingangsgrößen bestimmt wurden.

Ziel dieser Dissertation ist u.a. eine neue Methode zum Bestimmen des prozessbedingten Wärmeeintrags zu entwickeln und zu validieren.

Basierend auf Untersuchung und FE-Simulation der Temperaturverteilung beim Bohren in einem Einfachwerkstück aus Magnesium hat sich bestätigt, dass die Bestimmung des Wärmeeintrags mittels Temperatur- und Drehmomentmessung sowie der iterative Ansatz nicht zielführend ist.

Die entwickelte Methodik benutzt ein Werkstück, welches so aufgespannt wird, dass es sich in einer Richtung frei ausdehnen kann. Während des Trockenbohrens wird die thermische Ausdehnung gemessen. Aus der Werkstückgeometrie, -verlängerung und den Werkstoffeigenschaften kann die Wärmeeinbringung abgeleitet werden.

Mit dieser Methodik wurde eine Parameterstudie für den Einfluss der Bearbeitungsparameter auf den Wärmeeintrag für das Bohren auf Aluminium durchgeführt und mittels Varianzanalyse bewertet.

Eine FE-Simulation dieses Probewerkstücks wurde aufgebaut und beschrieben. Die Randbedingungen und Simulationsparameter wurden analysiert und bewertet. Eine sehr gute Übereinstimmung zwischen gemessener und simulierter Ausdehnung ohne iterativer Anpassung wurde erreicht.

Die Erkenntnisse wurden auf ein Getriebegehäuse (Mg) übertragen, die Spannpunktsteifigkeit messtechnisch ermittelt und bewertet. Zum Schluss wurden Bohroperationen an dem Getriebegehäuse simuliert, der Einfluss auf Lagerbohrungen analysiert und mit Messungen verglichen.

Zusatzinformation

Autor Macedo, Sergio
ISBN/Artikelnr. 978-3-86359-367-4
Gewicht 0.250 kg
Erscheinungsdatum 16.11.2015
Lieferzeit 3-4 Tage
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